FI91833B - Method for producing a metal matrix composite and a metal matrix composite body obtained by the method - Google Patents

Method for producing a metal matrix composite and a metal matrix composite body obtained by the method Download PDF

Info

Publication number
FI91833B
FI91833B FI894927A FI894927A FI91833B FI 91833 B FI91833 B FI 91833B FI 894927 A FI894927 A FI 894927A FI 894927 A FI894927 A FI 894927A FI 91833 B FI91833 B FI 91833B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
metal
filler
matrix
oxidation reaction
reaction product
Prior art date
Application number
FI894927A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI894927A0 (en
FI91833C (en
Inventor
Marc Stevens Newkirk
Michael Kevork Aghajanian
Original Assignee
Lanxide Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lanxide Technology Co Ltd filed Critical Lanxide Technology Co Ltd
Publication of FI894927A0 publication Critical patent/FI894927A0/en
Publication of FI91833B publication Critical patent/FI91833B/en
Application granted granted Critical
Publication of FI91833C publication Critical patent/FI91833C/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10Alloys containing non-metals
    • C22C1/1036Alloys containing non-metals starting from a melt
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10Alloys containing non-metals
    • C22C1/1036Alloys containing non-metals starting from a melt
    • C22C1/1057Reactive infiltration
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10Alloys containing non-metals
    • C22C1/1036Alloys containing non-metals starting from a melt
    • C22C1/1057Reactive infiltration
    • C22C1/1063Gas reaction, e.g. lanxide
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12007Component of composite having metal continuous phase interengaged with nonmetal continuous phase
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12486Laterally noncoextensive components [e.g., embedded, etc.]

Abstract

The present invention relates to a novel method for forming metal matrix composite bodies and novel metal matrix composite bodies produced thereby. Particularly, a polycrystalline oxidation reaction product of a parent metal and an oxidant is first formed. The polycrystalline oxidation reaction product is thereafter comminuted into an appropriately sized filler material (2) which can be placed into a suitable container (4) or formed into a preform. The filler material or preform of comminuted polycrystalline oxidation reaction product (2) is thereafter placed into contact with a matrix metal alloy (1) in the presence of an infiltration enhancer, and/or an infiltration enhancer precursor and/or an infiltrating atmosphere, at least at some point during the process, whereupon the matrix metal alloy (1) spontaneously infiltrates the filler material or preform. As a result of utilizing comminuted or crushed polycrystalline oxidation reaction product, enhanced infiltration (e.g., enhanced rate or amount) is achieved. Moreover, novel metal matrix composite bodies are produced.

Description

9183391833

Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi sekä menetelmällä aikaansaatava metallimatriisikomposiittikap-5 paleMethod for producing a metal matrix composite and a metal matrix composite cap-5 obtained by the method

Esillä oleva keksintö liittyy uuteen menetelmään metalli -matriisikomposiittikappaleiden muodostamiseksi sekä mene-10 telmän avulla tuotettuihin tuotteisiin. Tarkemmin ottaen muodostetaan ensin monikiteinen hapetusreaktiotuote perusmetallista ja hapettimesta. Monikiteinen hapetusreaktiotuote hienonnetaan sen jälkeen sopivan kokoiseksi täyteaineeksi, joka voidaan sijoittaa sopivaan säiliöön tai josta 15 voidaan muovata esimuotti. Hienonnettua monikiteistä hape-tusreaktiotuotetta oleva täyteaine tai esimuotti saatetaan sen jälkeen kosketukseen matriisimetalliseoksen kanssa tunkeutumisen edistäjän ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjän sekä tunkeutumisatmosfäärin ollessa läsnä aina-20 kin prosessin jossakin vaiheessa, jonka jälkeen matrii-simetalliseos spontaanisti tunkeutuu täyteaineeseen tai esimuottiin. Tuloksena hienonnetun tai murskatun moniki-teisen hapetusreaktiotuotteen käyttämisestä saavutetaan parannettu tunkeutuminen (esim. suurempi nopeus tai mää-25 rä). Lisäksi tuotetaan uusia metallimatriisikomposiitti-: kappaleita.The present invention relates to a new method for forming metal matrix composite bodies and to products produced by the method. More specifically, a polycrystalline oxidation reaction product is first formed from the parent metal and the oxidant. The polycrystalline oxidation reaction product is then comminuted into a suitably sized filler which can be placed in a suitable container or from which a preform can be formed. The filler or preform in the comminuted polycrystalline oxidation reaction product is then contacted with the matrix alloy in the presence of an infiltration enhancer and / or infiltration enhancer precursor and an infiltration atmosphere at each step of the process, after which the matrix is spun off. As a result of the use of the comminuted or crushed polycrystalline oxidation reaction product, improved penetration (e.g., higher rate or amount) is achieved. In addition, new metal matrix composite bodies are produced.

Metallimatriisin ja lujittavan tai vahvistavan faasin, kuten keraamisia hiukkasia, kuitukiteitä, kuituja tai vas-30 taavia, käsittävät komposiittituotteet näyttävät lupaavil-ta moniin eriin sovellutuksiin, koska niissä yhdistyvät osa lujittavan faasin jäykkyydestä ja kulutuskestävyydestä metallimatriisin muovattavuuteen ja sitkeyteen. Yleensä metallimatriisikomposiitilla luodaan parannuksia sellai-, 35 sissa ominaisuuksissa, kuten lujuus, jäykkyys, hankausku- lutuksen kestävyys ja lujuuden pysyminen korkeammissa lämpötiloissa, verrattuna matriisimetalliin sen monoliit- 1 · · 2 91833 tisessa muodossa, mutta määrä, johon saakka määrättyä ominaisuutta voidaan parantaa, riippuu suuresti kyseessä olevista aineosista, niiden tilavuus- tai painosuhteista, sekä siitä miten niitä käsitellään komposiittia muodostet-5 taessa. Eräissä tapauksissa komposiitti voi myös olla kevyempää kuin matriisimetalli sellaisenaan. Alumiinimat-riisikomposiitit, jotka on vahvistettu keräämillä, kuten esimerkiksi piikarbidilla hiukkasten, hiutaleiden tai kuitukiteiden muodossa, ovat kiinnostavia johtuen niiden 10 alumiiniin verrattuna suuremmasta jäykkyydestä, kulutuksen kestävyydestä ja korkean lämpötilan lujuudesta.Composite products comprising a metal matrix and a reinforcing or reinforcing phase, such as ceramic particles, fibrous crystals, fibers, or the like, look promising for many different applications because they combine some of the rigidity and wear resistance of the reinforcing phase with the ductility and formability of the metal matrix. In general, the metal matrix composite provides improvements in properties such as strength, stiffness, abrasion resistance, and retention of strength at higher temperatures compared to the matrix metal in its monolithic form, but the amount up to which a given property can be improved greatly of the ingredients involved, their volume or weight ratios, and how they are handled to form the composite. In some cases, the composite may also be lighter than the matrix metal as such. Aluminum matrix rice composites reinforced with aggregates such as silicon carbide in the form of particles, flakes or fibrous crystals are of interest due to their greater rigidity, wear resistance and high temperature strength compared to aluminum.

Alumiinimatriisikomposiittien valmistamiseksi on kuvattu erilaisia metallurgisia menetelmiä, mukaanlukien menetel-15 miä, jotka perustuvat jauhemetallurgiatekniikoihin ja sulan metallin tunkeutumistekniikoihin, joissa käytetään hyväksi painevalua, tyhjövalua, sekoittamista, ja notkis-timia. Jauhemetallurgiatekniikoiden avulla jauheen muodossa oleva metalli ja jauheen, kuitukiteiden, leikattujen 20 kuitujen, jne. muodossa oleva lujittava aine sekoitetaan ja sitten joko kylmäpuristetaan ja sintrataan, tai kuuma-puristetaan. Tällä menetelmällä tuotetun piikarbidilla lujitetun alumiinimatriisikomposiitin suurimman keraamin tilavuusosan on ilmoitettu olevan noin 25 tilavuusprosent-25 tia kuitukiteiden tapauksessa ja noin 40 tilavuusprosenttia hiukkasten tapauksessa.Various metallurgical methods for making aluminum matrix composites have been described, including methods based on powder metallurgy techniques and molten metal penetration techniques utilizing die casting, vacuum casting, mixing, and plasticizers. Using powder metallurgy techniques, the metal in powder form and the reinforcing agent in the form of powder, fiber crystals, cut fibers, etc. are mixed and then either cold-pressed and sintered, or hot-pressed. The largest ceramic volume fraction of the silicon carbide-reinforced aluminum matrix composite produced by this method has been reported to be about 25% by volume in the case of fibrous crystals and about 40% by volume in the case of particles.

Metallimatriisikomposiittien tuottaminen jauhemetallurgi-sia tekniikoita käyttävin tavanomaisin menetelmin asettaa 30 eräitä rajoituksia aikaansaatavien tuotteiden ominaisuuksille. Komposiitissa olevan keraamifaasin tilavuusosa on tyypillisesti rajoittunut, hiukkasten tapauksessa noin 40 prosenttiin. Soimaten asettaa puristustoiminta rajan käytännössä saavutettavalle koolle. Ainoastaan suhteellisen 35 yksinkertaiset tuotteen muodot ovat mahdollisia ilman jälkeenpäin tapahtuvaa käsittelyä (esim. muotoilua tai koneistusta) tai ottamatta käyttöön monimutkaisia puris- 3 91833 timia. Sintrauksen aikana voi myös esiintyä epätasaista kutistumista, samoin kuin mikrostruktuurin epätasaisuutta, johtuen kiintoaineisiin eriytymisestä ja hiukkasten kasvusta.The production of metal matrix composites by conventional methods using powder metallurgical techniques imposes some limitations on the properties of the products to be obtained. The volume fraction of the ceramic phase in the composite is typically limited, in the case of particles, to about 40%. By ringing, the pressing action sets the limit to the size that can be practically achieved. Only relatively simple product shapes are possible without subsequent processing (e.g. shaping or machining) or without the use of complex presses. Uneven shrinkage, as well as microstructural unevenness, due to solids separation and particle growth may also occur during sintering.

5 US-patentissa 3,970,136 kuvataan menetelmä metallimatrii-sikomposiitin muodostamiseksi, johon sisältyy kuitumuotoi-nen lujite, esim. piikarbidi- tai alumiinikuitukiteitä, joilla on ennalta määrätty kuitujen suuntaus. Komposiitti 10 tehdään sijoittamalla samassa tasossa olevien kuitujen samansuuntaisia mattoja tai huopia muottiin yhdessä sulan matriisimetallin, esim. alumiinin lähteen kanssa ainakin joidenkin mattojen välissä, ja kohdistamalla painetta, niin että sula metalli pakotetaan tunkeutumaan mattoihin ja 15 ympäröimään suunnatut kuidut. Mattojen pinon päälle voidaan valaa sulaa metallia, jolloin sitä paineen avulla pakotetaan virtaamaan mattojen väliin. Komposiitissa olevien lujittavien kuitujen jopa 50 % tilavuuspitoisuuksia on ilmoitettu.U.S. Patent 3,970,136 describes a method of forming a metal matrix composite comprising a fibrous reinforcement, e.g., silicon carbide or aluminum fiber crystals, having a predetermined fiber orientation. The composite 10 is made by placing parallel mats or blankets of planar fibers in a mold together with a source of molten matrix metal, e.g., aluminum, between at least some of the mats, and applying pressure so that the molten metal is forced to penetrate the mats and surround the directed fibers. Molten metal can be cast on top of the carpet stack, forcing it to flow between the carpets under pressure. Up to 50% by volume of the reinforcing fibers in the composite have been reported.

2020

Edellä olevaan tunkeutumismenetelmään liittyy paineen aiheuttamien virtausprosessien yllätyksellisiä vaihteluja. ts. mahdollisia epäsäännöllisyyksiä matriisin muodostumisessa, huokoisuutta, jne, kun otetaan huomioon että se 25 riippuu ulkoisesta paineesta sulan matriisimetallin pakottamiseksi kuitupitoisten mattojen läpi. Ominaisuuksien epätasaisuus on mahdollinen vaikka sulaa metallia johdettaisiin useammasta kohdasta kuitupitoiseen järjestelyyn. Vastaavasti on järjestettävä monimutkaiset matto/lähde-30 järjestelyt ja virtausreitit soveltuvan ja tasaisen tun-. keutumisen aikaansaamiseksi kuitumattojen pinoon. Edellä mainittu painetunkeutumismenetelmä mahdollistaa myös ainoastaan suhteellisen pienen lujitusaineen ja matriisiti-lavuuden suhteen, johtuen suureen mattotilavuuteen kiin-35 teästi liittyvästä tunkeutumisen vaikeudesta. Lisäksi muoteissa on oltava sulaa metallia paineen alaisena, joka * nostaa menetelmän kustannuksia. Lopuksi edellä mainittu 4 91833 menetelmä, joka rajoittuu ojennuksessa oleviin hiukkasiin tai kuituihin tunkeutumiseen, ei sovellu alumiinimatrii-sikomposiittien muodostamiseen, jotka on lujitettu satunnaisesti suuntautuvista hiukkasista, kuitukiteistä tai 5 kuiduista koostuvilla aineilla.The above penetration method involves surprising variations in pressure-induced flow processes. i.e., possible irregularities in matrix formation, porosity, etc., given that it depends on external pressure to force molten matrix metal through the fibrous mats. The unevenness of the properties is possible even if the molten metal is led from several points to the fibrous arrangement. Accordingly, complex mat / source-30 arrangements and flow paths must be provided for a suitable and uniform feel. to provide entanglement in the stack of nonwoven mats. The above-mentioned pressure penetration method also allows only with respect to the relatively small reinforcement and matrix volume, due to the difficulty of penetration inherent in the large mat volume. In addition, the molds must contain molten metal under pressure, which * increases the cost of the process. Finally, the aforementioned 4,91833 method, which is limited to penetration into stretched particles or fibers, is not suitable for forming aluminum matrix composites reinforced with randomly oriented particles, fibrous crystals, or fibrous materials.

Alumiinimatriisi-alumiinioksiditäytteisten komposiittien valmistuksessa alumiini ei helposti kostuta alumiinioksidia, jolloin on vaikeata muodostaa yhtenäinen tuote. Tähän 10 ongelmaan on ehdotettu erilaisia ratkaisuja. Eräs sellainen lähestyminen on alumiinin päällystäminen metallilla (esim. nikkelillä tai wolfrämillä), joka sitten kuumapuristetaan yhdessä alumiinin kanssa. Toisessa tekniikassa alumiini seostetaan litiumin kanssa, ja alumiinioksidi voidaan 15 päällystää piidioksidilla. Näillä komposiiteilla kuitenkin ominaisuudet vaihtelevat, tai päällystykset voivat heikentää täytettä, tai matriisi sisältää litiumia, joka voi vaikuttaa matriisin ominaisuuksiin.In the manufacture of alumina-alumina-filled composites, aluminum does not readily wet alumina, making it difficult to form a uniform product. Various solutions have been proposed to these 10 problems. One such approach is to coat aluminum with a metal (e.g., nickel or tungsten) which is then hot pressed together with the aluminum. In another technique, aluminum is alloyed with lithium, and the alumina can be coated with silica. However, with these composites, the properties vary, or the coatings can weaken the filler, or the matrix contains lithium, which can affect the properties of the matrix.

20 US-patentilla 4,232,091 voitetaan eräitä alan vaikeuksia, joita kohdataan valmistettaessa alumiinimatriisi-alu-miinioksiditäytteisiä komposiitteja. Tässä patentissa ku-vataan 75 - 375 kg/cm paineen kohdistamista pakottamaan sula alumiini (tai sula alumiiniseos) alumiinioksidia 25 olevaan kuitu- tai kuitukidemattoon, joka on esilämmitetty alueelle 700 - 1050°C. Alumiinioksidin suurin suhde metalliin tuloksena olevassa kiinteässä valukappaleessa oli 0,25:1. Koska tässä menetelmässä ollaan riippuvaisia ulkopuolisesta paineesta tunkeutumisen aikaansaamiseksi, 30 sitä vaivaavat monet samat puutteet kuin US-patenttia 3,970,136.U.S. Patent 4,232,091 overcomes some of the difficulties encountered in the art in preparing aluminum matrix alumina-filled composites. This patent describes the application of a pressure of 75 to 375 kg / cm to force molten aluminum (or molten aluminum alloy) into a fibrous or fibrous crystal mat of alumina 25 preheated to a range of 700 to 1050 ° C. The maximum ratio of alumina to metal in the resulting solid casting was 0.25: 1. Because this method relies on external pressure to effect penetration, it suffers from many of the same shortcomings as U.S. Patent 3,970,136.

EP-hakemuksessa 115,742 kuvataan alumiini-alumiinioksidi-komposiittien valmistennistä, jotka ovat erityisen käyttö-35 kelpoisia elektrolyyttikennokomponentteina, ja joissa esi- muotin alumiinioksidimatriisin ontelot täytetään alumiinilla, ja tätä varten käytetään erilaisia tekniikoita li 5 91833 alumiinioksidin kostuttamiseksi koko esimuotissa. Alumiinioksidi kostutetaan esimerkiksi titaani-, zirkonium-, hafnium tai niobi-diboridia olevalla kostutusaineella tai metallilla, ts. litiumilla, magnesiumilla, kalsiumilla, 5 titaanilla, kromilla, raudalla, koboltilla, nikkelillä, zirkoniumilla tai hafniumilla. Kostutuksen edistämiseksi käytetään inerttiä atmosfääriä, kuten argonia. Tässä julkaisussa esitetään myös paineen kohdistaminen sulan alumiinin saamiseksi tunkeutumaan päällystämättömään matit) riisiin. Tässä suhteessa tunkeutuminen aikaansaadaan saattamalla huokoset ensin tyhjöön ja kohdistamalla sitten sulaan alumiiniim painetta inertissä atmosfäärissä, esim. argonissa. Vaihtoehtoisesti esimuottiin voidaan tunkeutua höyryfaasissa olevalla alumiinipäällystyksellä pintojen 15 kostuttamiseksi ennen onteloiden täyttämistä tunkeutuvalla sulalla alumiinilla. Jotta varmistettaisiin alumiinin pysyminen esimuotin huokosissa vaaditaan lämpökäsittelyä, esim lämpötilassa 1400 - 1800°C, joko argonissa tai tyhjössä. Muutoin joko paineen alaisena tunkeutuneen aineen 20 altistuminen kaasulle, tai tunkeutumispaineen poistaminen, aiheuttaa alumiinin häviämisen kappaleesta.EP-A-115,742 describes the preparation of alumina-alumina composites which are particularly useful as electrolyte cell components and in which the cavities of the preform alumina matrix are filled with aluminum, and for this purpose various techniques are used to wet the alumina throughout the preform. The alumina is wetted with, for example, a wetting agent or metal in titanium, zirconium, hafnium or niobium diboride, i.e. lithium, magnesium, calcium, titanium, chromium, iron, cobalt, nickel, zirconium or hafnium. An inert atmosphere such as argon is used to promote wetting. This publication also discloses applying pressure to cause molten aluminum to penetrate uncoated mat) rice. In this regard, penetration is accomplished by first evacuating the pores and then applying pressure to the molten aluminum in an inert atmosphere, e.g., argon. Alternatively, the preform may be penetrated by a vapor phase aluminum coating to wet the surfaces 15 prior to filling the cavities with penetrating molten aluminum. In order to ensure that the aluminum remains in the pores of the preform, heat treatment is required, e.g. at a temperature of 1400 to 1800 ° C, either under argon or under vacuum. Otherwise, either the exposure of the penetrated substance 20 under pressure to the gas, or the removal of the penetrating pressure, causes the aluminum to disappear from the body.

Kostutusaineiden käyttäminen alumiinioksidikomponentin tunkeutumisen aikaansaamiseksi sulaa metallia sisältävään 25 elektrolyyttikennoon on esitetty myös EP-hakemuksessa 94353. Tässä julkaisussa kuvataa alumiinin tuottamista elektrolyysillä kennossa, jossa virranjohdinkatodi on kennon vaippana tai alustana. Tämän alustan suojaamiseksi sulalta kryoliitilta levitetään alumiinioksidialustalle 30 ohut päällystys kostutusaineen ja liukenemisen estävän aineen seoksella ennen kennon käynnistämistä tai kun se on upotettuna elektrolyysiprosessin tuottamaan sulaan alumiiniin. Kuvattuja kostutusaineita ovat titaani, zirkonium, hafnium, pii, magnesium, vanadiini, kromi, niobi 35 tai kalsium, ja titaani esitetään edullisimmaksi aineeksi. Boorin, hiilen ja typen yhdisteiden selitetään olevan • hyödyllisiä estettäessä kostutusaineiden liukenemista su- 6 91833 laan alumiiniin. Tässä julkaisussa ei kuitenkaan ehdoteta metallimatriisikomposiittien tuottamista, eikä siinä eh-dotetaa sellaisten komposiittien muodostelmista esimerkiksi typpiatmos fääris s ä.The use of wetting agents to cause the alumina component to penetrate the molten metal-containing electrolyte cell is also disclosed in EP Application 94353. This publication describes the production of aluminum by electrolysis in a cell having a current conductor cathode as a cell shell or substrate. To protect this substrate from molten cryolite, a thin coating of a mixture of wetting agent and anti-dissolution agent is applied to the alumina substrate 30 before the cell is started or when immersed in the molten aluminum produced by the electrolysis process. The wetting agents described are titanium, zirconium, hafnium, silicon, magnesium, vanadium, chromium, niobium or calcium, and titanium is preferred. Compounds of boron, carbon and nitrogen are explained to be • useful in preventing the dissolution of wetting agents in molten aluminum. However, this publication does not propose the production of metal matrix composites, nor does it suggest the formation of such composites, for example under a nitrogen atmosphere.

55

Paineen ja kostutusaineiden käytön lisäksi on kuvattu tyhjön kohdistamisen edistävän sulan alumiinin tunkeutumista huokoiseen keraamikappaleeseen. Esimerkiksi US-pa-tentissa 3,718,441 raportoidaan keraamiseen kappaleeseen 10 (esim. boorikarbidi, alumiinioksidi ja berylliumoksidi) tunkeutumista joko sulalla alumiinilla, berylliumilla, magnesiumilla, titaanilla, vanadiinilla, nikkelillä tai kromilla, tyhjössä joka on alle 10” torr. Välillä 10“ ...In addition to the use of pressure and wetting agents, it has been described that the application of vacuum promotes the penetration of molten aluminum into the porous ceramic body. For example, U.S. Patent 3,718,441 reports penetration of a ceramic body 10 (e.g., boron carbide, alumina, and beryllium oxide) with either molten aluminum, beryllium, magnesium, titanium, vanadium, nickel, or chromium in a vacuum of less than 10 ”torr. Between 10 “...

10-6 torr oleva tyhjö johti keraamin heikkoon kostuttami-15 seen sulalla metallilla, niin ettei metalli virrannut vapaasti keraamin ontelotiloihin. Kostuttamisen sanotaan kuitenkin parantuneen, kun tyhjö pienennettiin alle 10-6 torr.A vacuum of 10-6 torr resulted in poor wetting of the ceramic with molten metal so that the metal did not flow freely into the ceramic cavities. However, wetting is said to be improved when the vacuum was reduced to less than 10-6 torr.

20 Myös US-patentissa 3,864,154 esitetään tyhjön käyttämistä tunkeutumisen aikaansaamiseksi. Tässä patentissa selitetään kylmäpuristetun AlB 12-kappaleen asettamista kylmäpuristetun alumiini jauheen pedille. Sen jälkeen sijoitettiin lisää alumiinia AlBi2-jauhekappaleen päälle. Sulatusastia, 25 jossa AlBi2-kappale oli "kerrostettuna" alumiinijauheker-rosten väliin, sijoitettiin tyhjöuuniin. Uuniin järjestettiin noin 10-5 torr oleva tyhjö kaasun poistumista varten. Lämpötilaa nostettiin sen jälkeen 1100°C:een, jossa se pidettiin 3 tuntia. Näissä oloissa sula alumiini tunkeutui 30 AlB 12-kappaleeseen.U.S. Patent 3,864,154 also discloses the use of a vacuum to effect intrusion. This patent explains the placement of a cold-pressed AlB 12 body on a bed of cold-pressed aluminum powder. Additional aluminum was then placed on top of the AlBi2 powder body. A melting vessel in which the AlBi2 body was "layered" between the layers of aluminum powder was placed in a vacuum oven. A vacuum of about 10-5 torr was provided in the furnace for degassing. The temperature was then raised to 1100 ° C where it was maintained for 3 hours. Under these conditions, molten aluminum penetrated 30 AlB 12 pieces.

US-patentissa 3,364,976 selitetään suunnitelmaa itsestään kehittyvän tyhjön aikaansaamista kappaleeseen, sulan metallin kappaleeseen tunkeutumisen lisäämiseksi. Erityises-35 ti selitetään, että kappale, esim. grafiittimuotti, teräs-muotti tai huokoinen tulenkestävä aine, kokonaan upotetaan sulaan metalliin. Muotin tapauksessa metallin kanssa li 7 91833 reagoivan kaasun kanssa täytetty muottiontelo on yhteydessä ulkopuolella sijaitsevaan sulaan metalliin muotissa olevan ainakin yhden aukon kautta. Kun muotti upotetaan sulaan, tapahtuu ontelon täyttyminen itsestään kehittyvän tyhjön 5 syntyessä ontelossa olevan kaasun ja sulan metallin reaktion johdosta. Tyhjö on erityisesti tulosta metallin kiinteän oksidimuodon syntymisestä. Siten tässä julkaiussa esitetään, että on oleellista aikaansaada ontelossa olevan kaasun ja sulan metallin välinen reaktio. Muotin käyttä-10 minen tyhjön luomiseksi ei kuitenkaan välttämättä ole toivottavaa, johtuen muotin käyttöön liittyvistä välittömistä rajoituksista. Muotit on ensin koneistettava määrättyyn muotoon; sitten loppukäsiteltävä, koneistettava hyväksyttävän valupinnan tuottamiseksi muottiin; sitten 15 koottava ennen niiden käyttämistä; sitten purettava niiden käytön jälkeen valukappaleen poistamiseksi niistä; ja sen jälkeen muotti on jälleen saatettava käyttökuntoon, mikä mitä todennäköisimmin merkitsisi muotin pintojen uudelleen käsittelyä tai muotin poistamista, ellei se enää ole 20 käyttöön hyväksyttävä. Muotin koneistaminen monimutkaiseen muotoon saattaa olla erittäin kallista ja aikaavievää. Lisäksi muodostuneen kappaleen poistaminen monimutkaisen muotoisesta muotista saattaa olla vaikeata (ts. monimutkaisen muotoiset valukappaleet saattavat mennä rikki niitä 25 muotista poistettaessa). Lisäksi, vaikka julkaisussa ehdotetaan, että huokoinen tulenkestävä aine voitaisiin suoraan upottaa sulaan metalliin tarvitsematta käyttää muottia, niin tulenkestävän aineen olisi oltava yhtenäinen kappale, koska ei ole olemassa mahdollisuutta aikaansaada 30 tunkeutumista irralliseen tai erotettuun huokoiseen aineeseen ilman säiliönä olevaa muottia (ts. uskotaan yleisesti, että hiukkasmainen aine tyypillisesti dissosioituisi tai valuisi hajalleen sitä sulaan metalliin sijoitettaessa). Lisäksi, jos haluttaisiin aikaansaada tunkeutuminen hiuk-35 kasmaiseen aineeseen tai löyhästi muodostettuun esimuot-tiin, olisi ryhdyttävä varotoimiin, niin ettei tunkeutuva . · · 8 91833 metalli syrjäyttäisi osaa hiukkasaineesta tai esimuotista, mikä johtaisi epähomogeeniseen mikrostruktuuriin.U.S. Patent 3,364,976 discloses a plan to create a self-evolving vacuum in a body to increase the penetration of molten metal into the body. In particular, it is explained that a body, e.g. a graphite mold, a steel mold or a porous refractory material, is completely immersed in the molten metal. In the case of a mold, the mold cavity filled with the gas reacting with the metal li 7 91833 communicates with the molten metal on the outside through at least one opening in the mold. When the mold is immersed in the melt, the cavity is filled by the formation of a self-evolving vacuum 5 due to the reaction of the gas in the cavity and the molten metal. In particular, the vacuum is the result of the formation of a solid oxide form of the metal. Thus, this publication discloses that it is essential to effect a reaction between the gas in the cavity and the molten metal. However, the use of a mold to create a vacuum may not be desirable due to the immediate limitations associated with the use of the mold. Molds must first be machined to a specified shape; then finalized, machined to produce an acceptable casting surface in the mold; then assemble 15 before using them; then disassemble after use to remove the casting from them; and thereafter the mold must be put back into service, which would most likely involve reprocessing the mold surfaces or removing the mold if it is no longer acceptable for use. Machining a mold into a complex shape can be very expensive and time consuming. In addition, it may be difficult to remove the formed part from the complex shaped mold (i.e., the complex shaped castings may break when removed from the mold). In addition, although the publication suggests that a porous refractory could be directly embedded in molten metal without the need for a mold, the refractory should be a unitary body because there is no possibility of penetrating a loose or separated porous material without a reservoir mold (i.e., it is generally believed that the particulate matter would typically dissociate or disperse upon placement in molten metal). In addition, if it is desired to provide penetration into the particulate matter or loosely formed preform, precautions should be taken to prevent penetration. · · 8 91833 metal would displace part of the particulate matter or preform, leading to inhomogeneous microstructure.

Vastaavasti on kauan ollut olemassa tarve saada yksinker-5 täinen ja luotettava menetelmä muotoiltujen metal limat riisi-komposiittien tuottamiseksi, joka ei perustu paineen tai tyhjön käyttämiseen (joko ulkoisesti kohdistettuna tai sisäisesti kehitettynä), tai vahingollisten kostutusainei-den käyttämiseen metallimatriisin luomiseksi toiseen ai-10 neeseen, kuten keraamiseen aineeseen. Lisäksi on pitkään ollut tarve minimoida lopullisten koneistustoimenpiteiden määrää, joita tarvitaan metallimatriisi-komposiittikappaleen aikaansaamiseksi. Esillä oleva keksintö tyydyttää nämä tarpeet aikaansaamalla spontaanin tunkeutumismekanismin 15 aineeseen (esim. keraaminen aine) tunkeutumisen aikaansaamiseksi, joka voidaan muotoilla esimuotiksi, jossa on sulaa matriisimetallia (esim. alumiinia) tunketumisatmosfäärin (esim. typen) läsnäollessa normaalissa ilmanpaineessa, jolloin tunkeutumisen edistäjää on läsnä ainakin jossakin 20 prosessin vaiheessa.Similarly, there has long been a need for a simple and reliable method for producing shaped metal slime rice composites that is not based on the application of pressure or vacuum (either externally applied or internally developed), or on the use of harmful wetting agents to create a metal matrix in another. such as a ceramic substance. In addition, there has long been a need to minimize the number of final machining operations required to obtain a metal matrix composite body. The present invention satisfies these needs by providing a spontaneous infiltration mechanism to provide infiltration into a substance (e.g., a ceramic) that can be formed into a preform of molten matrix metal (e.g., aluminum) in the presence of an infiltration atmosphere (e.g., nitrogen) at normal atmospheric pressure; at some stage in the process of 20.

Tämän hakemuksen sisältö liittyy useaan rinnakkaiseen hakemukseen. Erityisesti nämä muut rinnakkaiset hakemukset kuvaavat uusia menetelmiä metallimatriisi-komposiittiai-25 neiden tuottamiseksi (niihin viitataan jälempänä eräissä tapauksissa nimellä "rinnakkais-metallimatriisihakemuk-set").The content of this application is related to several parallel applications. In particular, these other co-pending applications describe novel methods for producing metal matrix composite materials (hereinafter referred to in some cases as "co-metal matrix applications").

Uutta menetelmää metallimatriisi-komposiittiaineen tuot-30 tautiseksi kuvataan US-hakemuksessamme 049,171, jonka nimityksenä on "Metallimatriisikomposiitteja", ja joka nyt on hyväksytty USA:ssa. Mainitun keksinnön mukaisesti metallimatriisikomposiitti tuotetaan tunkeuttamalla läpäisevään täyteaineeseen (esim. keräämiä tai keräämillä 35 päällystettyä ainetta) sulaa alumiinia, joka sisältää ainakin 1 painoprosentin magnesiumia ja edullisesti ainakin 3 painoprosenttia magnesiumia. Tunkeutuminen tapahtuu 9 91833 spontaanisti käyttämättä ulkoista painetta tai tyhjöä. Sulan metalliseoksen syöttö saatetaan koskettamaan täyte-ainemassaa lämpötilassa, joka on ainakin noin 675°C, kun läsnä on kaasua, joka käsittää noin 10 - 100 tilavuus-5 prosenttia, edullisesti ainakin noin 50 tilavuusprosenttia typpeä, jolloin loput, mikäli sitä on, on ei-hapettavaa kaasua, esim. argonia. Näissä oloissa sula alumiiniseos tunkeutuu keraamimassaan normaalissa ilmakehän paineessa muodostaen alumiini- (tai alumiiniseos-) matriisikomposii-10 tin. Kun haluttu määrä täyteainetta on sulan alumiiniseoksen läpitunkemaa, lasketaan lämpötilaa seoksen kiinteyttämiseksi, jolloin muodostuu kiinteä metallimatriisi-rakenne, joka sulkee sisäänsä lujittavan täyteaineen. Tavallisesti, ja edullisesti, syötetty sula seos riittää 15 aikaansaamaan tunkeutumisen etenemisen oleellisesti täy-teainemassan rajoille. Hakemuksen 049,171 mukaisesti tuotettujen alumiinimatriisikomposiittien täyteaineen määrä voi olla erittäin suuri. Tässä mielessä voidaan saavuttaa täyteaineen ja seoksen tilavuussuhteita jotka ovat suurem-20 pia kuin 1:1.A novel method for producing a metal matrix composite material is described in our U.S. Application 049,171, entitled "Metal Matrix Composites," which is now approved in the United States. According to said invention, the metal matrix composite is produced by infiltrating a permeable filler (e.g. collected or collected with a coated material) of molten aluminum containing at least 1% by weight of magnesium and preferably at least 3% by weight of magnesium. Penetration occurs 9 91833 spontaneously without the use of external pressure or vacuum. The feed of the molten alloy is contacted with the filler mass at a temperature of at least about 675 ° C in the presence of a gas comprising about 10 to 100% by volume, preferably at least about 50% by volume of nitrogen, the remainder, if any. -oxidizing gas, e.g. argon. Under these conditions, the molten aluminum alloy penetrates the ceramic mass at normal atmospheric pressure to form an aluminum (or aluminum alloy) matrix composite. When the desired amount of filler is penetrated by the molten aluminum alloy, the temperature is lowered to solidify the alloy to form a solid metal matrix structure that encloses the reinforcing filler. Usually, and preferably, the molten mixture fed is sufficient to cause the penetration to proceed substantially within the limits of the filler mass. The amount of filler in the aluminum matrix composites produced according to application 049,171 can be very large. In this sense, volume ratios of filler to mixture of greater than 20: 1: 1 can be achieved.

Edellä mainitun hakemuksen 049,171 mukaisissa proses-sioloissa alumiininitridiä voi muodostua epäjatkuvana faasina, joka on jakautunut koko alumiinimatriisiin.In the process conditions according to the above-mentioned application 049,171, aluminum nitride can be formed as a discontinuous phase distributed throughout the aluminum matrix.

25 Nitridin määrä alumiinimatriisissa voi vaihdella sellaisten tekijöiden, kuten lämpötilan, seoksen koostumuksen, kaasun koostumuksen ja täyteaineen mukaisesti. Siten voidaan yhtä tai useampaa sellaista järjestelmän tekijää säätämällä räätälöidä määrättyjä komposiitin ominaisuuk-30 siä. Joitakin loppukäyttösovellutuksia varten voi kuiten-,· kin olla toivottavaa, että komposiitti sisältää vähän tai oleellisesti ei lainkaan alumiininitridiä.The amount of nitride in the aluminum matrix may vary depending on factors such as temperature, composition of the mixture, composition of the gas and filler. Thus, by adjusting one or more such elements of the system, certain properties of the composite can be tailored. However, for some end-use applications, it may be desirable for the composite to contain little or no aluminum nitride.

On havaittu, että korkeammat lämpötilat edistävät tunkeu-35 tumista, mutta johtavat siihen, että menetelmässä herkemmin muodostuu nitridiä. Hakemuksen 049,171 mukaisessa keksin- • · 10 91833 nössä sallitaan tunkeutumiskinetiikan ja nitridin muodostumisen välisen tasapainon valitseminen.It has been found that higher temperatures promote penetration but result in a more sensitive formation of nitride in the process. The invention of 049,171 allows the selection of a balance between penetration kinetics and nitride formation.

Esimerkki sopivista estovälineistä käytettäviksi metalli-5 matriisikomposiittien muodostamisen yhteydessä on selitetty US-hakemuksessa 141,642, jonka nimityksenä on "Menetelmä metallimatriisikomposiittien valmistamiseksi estoainetta käyttäen". Tämän keksinnön menetelmän mukaisesti estovä-linettä (esim. hiukkasmaista titaanidiboridia tai grafiit-10 tiainetta, kuten joustavaa grafiittinauhatuotetta, jota Union Carbide myy tuotenimellä Grafoil (R)) sijoitetaan täyteaineen määrätyllä rajapinnalle ja matriisiseos tunkeutuu estovälineen määrittelemään rajapintaan saakka. Estovälinettä käytetään estämään, torjumaan tai lopetta-15 maan sulan seoksen tunkeutuminen, jolloin aikaansaadaan verkon, tai lähes verkon muotoja tuloksena olevassa metallimatriisikomposiitissa. Vastaavasti muodostetuilla metallimatriisi-komposiittikappaleilla on ulkomuoto, joka oleellisesti vastaa estovälineen sisämuotoa.An example of suitable barrier means for use in forming metal-5 matrix composites is described in U.S. Application 141,642, entitled "Method for Making Metal Matrix Composites Using a Barrier Agent." According to the method of the present invention, a barrier medium (e.g., particulate titanium diboride or graphite-10 material, such as a flexible graphite tape product sold by Union Carbide under the tradename Grafoil (R)) is placed at a defined filler interface and the matrix mixture penetrates the barrier-defined interface. The barrier means is used to prevent, repel, or stop the intrusion of the molten mixture of soil, thereby providing a network, or near-network, of the resulting metal matrix composite. Correspondingly formed metal matrix composite bodies have an outer shape that substantially corresponds to the inner shape of the barrier means.

20 US-patenttihakemuksen 049,171 mukaista menetelmää parannettiin rinnakkaisella US-patenttihakemuksella 168,284, jonka nimityksenä on "Metallimatriisikomposiitteja ja tekniikoita niiden valmistamiseksi". Mainitussa hakemuk-25 sessa esitettyjen menetelmien mukaisesti matriisimetal-liseos on läsnä metallin ensimmäisenä lähteenä ja mat-riisimetallin varastolähteenä, joka on yhteydessä sulan metallin ensimmäiseen lähteeseen, esimerkiksi painovoimai-sen virtauksen välityksellä. Erityisesti, mainitussa ha-30 kemuksessa esitetyissä oloissa, sulan matriisiseoksen lähde alkaa tunkeutua täyteainemassaan normaalissa ilmakehän paineessa ja aloittaa siten metallimatriisikomposii-tin muodostuksen. Sulan matriisi-metallin ensimmäinen lähde kulutetaan sen tunkeutuessa täyteainemassaan, ja halutta-35 essa sitä voidaan lisätä, edullisesti jatkuvalla tavalla, sulan matriisimetallin varastolähteestä spontaanin tunkeutumisen jatkuessa. Kun toivottu määrä läpäisevää täyte- l! 11 91833 ainetta on sulan matriisiseoksen läpitunkemaa, lasketaan lämpötilaa seoksen kiinteyttämiseksi, jolloin muodostuu kiinteä metallimatriisistruktuuri, joka ympäröi lujittavaa 5 täyteainetta. On ymmärrettävä, että metallivarastolähteen käyttäminen on ainoastaan mainitussa patenttihakemuksessa kuvatun keksinnön eräs suoritusmuoto, eikä varastolähteen suoritusmuodon yhdistäminen jokaiseen siinä esitettyyn keksinnön vaihtoehtoiseen suoritusmuotoon ole välttämätön-10 tä, joista eräät voisivat myös olla hyödyllisiä käytettynä esillä olevan keksinnön yhteydessä.The process of U.S. Patent Application 049,171 was improved by co-pending U.S. Patent Application 168,284, entitled "Metal Matrix Composites and Techniques for Making Them." According to the methods disclosed in said application, the matrix metal alloy is present as a first source of metal and as a storage source of matrix metal in communication with the first source of molten metal, for example by gravity flow. In particular, under the conditions disclosed in said application, the source of the molten matrix mixture begins to penetrate its filler mass at normal atmospheric pressure and thus begins to form a metal matrix composite. The first source of molten matrix metal is consumed as it penetrates the filler mass and, if desired, may be added, preferably in a continuous manner, from a molten matrix metal storage source as spontaneous penetration continues. When the desired amount of permeable filling! 11,91833 substance is penetrated by the molten matrix mixture, the temperature is lowered to solidify the mixture to form a solid metal matrix structure surrounding the reinforcing filler. It is to be understood that the use of a metal storage source is only one embodiment of the invention described in said patent application, and it is not necessary to combine the storage source embodiment with each of the alternative embodiments of the invention, some of which could also be useful in the present invention.

Metallin varastolähdettä voi olla sellaisena määränä, että se aikaansaa riittävän metallimäärän tunkeutumisen ennalta 15 määrätyssä määrin läpäisevään täyteaineeseen. Vaihtoehtoisesti voi valinnainen estoväline olla kosketuksessa täyteaineen läpäisevään massaan ainakin sen toisella puolella rajapinnan määrittelemiseksi.The source of metal can be present in an amount such as to provide a sufficient amount of metal to penetrate the predetermined amount of permeable filler. Alternatively, the optional barrier means may be in contact with the permeable mass of filler at least on one side thereof to define the interface.

20 Lisäksi, vaikka syötetyn sulan matriisiseoksen määrän tulisi olla riittävä sallimaan spontaanin tunkeutumisen eteneminen ainakin oleellisesti täyteaineen läpäisevän massan rajapintoihin (ts. estopintoihin) saakka, varasto-lähteessä olevan seoksen määrä voisi ylittää sellaisen 25 riittävän määrän niin, että on olemassa riittävä määrä seosta tunkeutumisen loppuun saattamiseksi, ja sen lisäksi ylimääräinen sula metalliseos voisi jäädä ja kiinnittyä metallimatriisikomposiittikappaleeseen. Kun siten läsnä on ylimäärä sulaa seosta, tuloksena oleva kappale on komp-30 leksinen komposiittikappale (esim. makrokomposiitti) , jossa metallimatriisin läpitunkema keraamikappale suoraan sitoutuu varastolähteeseen jäävään ylimääräiseen metalliin.In addition, although the amount of molten matrix mixture fed should be sufficient to allow spontaneous infiltration to proceed at least substantially to the interfaces (i.e., barrier surfaces) of the filler permeable mass, the amount of mixture in the storage source could exceed a sufficient amount to complete the infiltration. and in addition, the excess molten alloy could remain and adhere to the metal matrix composite body. Thus, when an excess of molten alloy is present, the resulting body is a complex composite body (e.g., a macrocomposite) in which the ceramic body penetrated by the metal matrix directly binds to the excess metal remaining at the storage source.

35 Jokainen edellä selitetyistä rinnakkais-metallimatriisiha-kemuksista kuvaa menetelmiä metallimatriisikomposiittikap-paleiden tuottamiseksi sekä uusia metallimatriisikompo-siittikappaleita, joita niillä tuotetaan.Each of the parallel metal matrix applications described above describes methods for producing metal matrix composite bodies and the new metal matrix composite bodies produced thereby.

12 9183312 91833

Lisäksi monissa rinnakkaisissa patenttihakemuksissa ja yhdessä hyväksytyssä patentissa, joiden haltijana myös olemme (niihin viitataan jäljempänä eräissä tapauksissa 5 nimellä "rinnakkais-keraamimatriisihakemukset"), kuvataan uusia menetelmiä, joilla luotettavasti tuotetaan keraamisia aineita ja keraamisia komposiittlaineita. Menetelmä on lajinominaisesti kuvattu patentissamme US-4 713 360, jonka nimityksenä on "Uusia keraamiaineita ja menetelmiä niiden 10 valmistamiseksi" (vrt. EP-0 155 831). Tässä patentissa kuvataan menetelmä itseänsä tukevien keraamikappaleiden tuottamiseksi, jotka kasvatetaan sulan edeltäjämetallin hapetusreaktiotuotteena, jolloin metallin annetaan reagoida höyryfaasissa olevan hapettimen kanssa hapetusreak-15 tiotuotteen aikaansaamiseksi. Sula metalli kulkeutuu muodostuneen hapetusreaktiotuotteen läpi reagoiden hapettimen kanssa ja tuottaen tällöin jatkuvasti keraamista moniki-teistä kappaletta, joka haluttaessa voi sisältää yhdistettyä metallia olevan komponentin. Prosessia voidaan voimis-20 taa tai eräissä tapauksissa se voidaan mahdollistaa käyttämällä yhtä tai useampaa seostusainetta, jota on seostettu perusmetalliin. Esimerkiksi hapetettaessa alumiinia ilmassa on toivottavaa, että alumiiniin seostetaan magnesiumia ja piitä alfa-alumiinioksidia olevien keraamira-25 kenteiden tuottamiseksi.In addition, many co-pending patent applications and one approved patent, of which we are the holder (referred to below in some cases 5 as "co-ceramic matrix applications"), describe new methods for reliably producing ceramic materials and ceramic composites. The process is species-specifically described in our U.S. Pat. No. 4,713,360, entitled "Novel Ceramic Materials and Methods for Making Them" (cf. EP-0 155 831). This patent describes a process for producing self-supporting ceramic bodies which are grown as an oxidation reaction product of a molten precursor metal, wherein the metal is reacted with an oxidant in the vapor phase to provide an oxidation reaction product. The molten metal passes through the formed oxidation reaction product, reacting with the oxidant and thereby continuously producing a ceramic polycrystalline body, which may contain a composite metal component if desired. The process may be intensified or, in some cases, enabled by the use of one or more dopants doped in the parent metal. For example, when oxidizing aluminum in air, it is desirable to alloy magnesium and silicon with alpha alumina to produce ceramic fields.

US-patentin 4 713 360 menetelmää parannettiin levittämällä perusmetallin pinnalle seostusaineita, kuten selitetään rinnakkaisessa US-hakemuksessamme 822 999, joka perustuu 30 hakemukseen 776 965, joka vuorostaan on jatkoa hakemukselle 747 788, joka perustuu hakemukseen 632 636, joiden nimityksenä on "Menetelmiä itsetukevien keraamiaineiden tuottamiseksi" (vrt. EP-hakemus 0 169 067).The process of U.S. Patent 4,713,360 was improved by applying dopants to the parent metal surface, as described in our co-pending U.S. Application 822,999 based on 30 applications 776,965, which in turn is a continuation of application 747,788 based on application 632,636 entitled "Methods with Self-Supporting Ceramics". (cf. EP application 0 169 067).

35 Samantapaista hapetusilmiötä käytettiin hyväksi keraamisia komposiittikappaleita tuotettaessa, kuten selitetään rin- li 13 91833 nakkaisessa US-hakemuksessamme 819 397, joka on jatkoa hakemukselle 697 876, joiden nimityksenä on "Komposiitti -keraamiesineitä ja menetelmiä niiden valmistamiseksi" 5 (vrt. EP-hakemus 0 193 292). Näissä hakemuksissa selitetään uusia menetelmiä itsetukevan keraamikomposiittikap-paleen tuottamiseksi kasvattamalla hapetusreaktiotuotetta perusmetallin edeltäjästä läpäisevään täyteainemassaan (esim. piikarbidi-hiukkasia oleva täyteaine tai alu-10 miinioksidi-hiukkasia oleva täyteaine), tunkeutuen täyteaineeseen tai ympäröiden täyteainetta keraamimatriisilla. Tuloksena olevalla komposiitilla ei kuitenkaan ole mitään määriteltyä tai ennalta määrättyä geometriaa, muotoa tai rakennetta.35 A similar oxidation phenomenon was exploited in the production of ceramic composite bodies, as described in our co-pending U.S. Patent Application No. 819,397, No. 13,918,333, which is a continuation of Application No. 697,876 entitled "Composite Ceramic Articles and Methods for Making Them" 5 (cf. EP Application 0). 193 292). These applications describe novel methods for producing a self-supporting ceramic composite body by growing an oxidation reaction product from its parent metal precursor to a permeable filler mass (e.g., a silicon carbide particulate filler or an alumina particulate filler), by penetrating the filler, or by supporting the filler. However, the resulting composite does not have any defined or predetermined geometry, shape, or structure.

1515

Menetelmää keraamisten komposiittikappaleiden tuottamiseksi, joilla on ennalta määrätty geometria tai muoto, selitetään rinnakkaisessa hakemuksessamme US-861 025 nimityksellä "Muotoiltuja keraami-komposiitteja ja mene-20 telmiä niiden valmistamiseksi" (vrt. EP-hakemus 0 245 192). Tässä US-hakemuksessa olevan menetelmän mukaisesti kehittyvä hapetusreaktiotuote tunkeutuu läpäisevään, itsekantavaan, täyteainetta (esim. alumiinioksidi- tai piikarbidi-esimuottiainetta) olevaan esimuottiin kohti 25 määriteltyä rajapintaa, tuottaen tuloksena ennalta määrä tyn geometrian omaavia eli muotoiltuja komposiittikappa-leita.A method for producing ceramic composite bodies having a predetermined geometry or shape is described in our co-pending application US-861,025 under the heading "Shaped ceramic composites and methods for their production" (cf. EP application 0 245 192). According to the process of this U.S. application, the evolving oxidation reaction product penetrates a permeable, self-supporting, filler (e.g., alumina or silicon carbide preform) preform toward a defined interface, resulting in a predetermined composite having a predetermined geometry.

Jokaisessa edellä mainitussa keraamimatriisi-patenttihake-30 muksessamme selitetään menetelmiä keraamimatriisikompo- siittikappaleiden tuottamiseksi sekä niistä tuotettuja uusia keraamimatriisikomposiittikappaleita.Each of our aforementioned ceramic matrix patent applications describes methods for producing ceramic matrix composite bodies and novel ceramic matrix composite bodies produced therefrom.

Kuten selitetään keraamimatriisi-patenttihakemuksissamme 35 ja -patentissamme, tuotetaan uusia monikiteisiä keraami- ,, 91833 aineita tai monikiteisiä keraamikomposiittiaineita perusmetallin ja hapettimen (esim. kiinteä aine, neste ja/tai kaasu) hapetusreaktion tuloksena. Näissä rinnakkais-keraa-mimatriisi-patenttihakemuksissamme ja -patentissa kuvatun 5 lajinominaisen menetelmän mukaisesti perusmetalli (esim. alumiini) kuumennetaan korkeaan lämpötilaan sen sulamispisteen yläpuolelle, mutta hapetusreaktiotuotteen sulamispisteen alapuolelle sulan perusmetallia olevan kappaleen muodostamiseksi, joka kosketuksen yhteydessä reagoi hapet-10 timen kanssa muodostaen hapetusreaktiotuotteen. Tässä lämpötilassa hapetusreaktiotuote, tai ainakin osa siitä, on kosketuksessa sulaan perusmetallikappaleeseen ja hapet-timeen ja ulottuu niiden väliin, jolloin sulaa metallia imeytyy tai siirtyy muodostuneen hapetusreaktiotuotteen 15 läpi kohti hapetinta. Siirtynyt sula metalli muodostaa lisää uutta hapetusreaktiotuotetta kosketuksessa hapetti-meen, aikaisemmin muodostuneen hapetusreaktiotuotteen pinnalla. Prosessin jatkuessa lisää metallia siirtyy tämän monikiteisen hapetusreaktiotuotteen muodostuksen läpi, 20 "kasvattaen" tällöin jatkuvasti yhteenliittyneiden kris-talliittien keraamista rakennetta. Tuloksena oleva keraa-mikappale voi sisältää metallia olevia aineosia, kuten perusmetallin hapettamattomia osia ja/tai ontelolta. Hapetusta käytetään sen laajassa mielessä kaikissa rinnak-25 kais-keraamimatriisi-patenttihakemuksissa ja -patentissa tämän hakemuksen puitteissa, ja sillä viitataan elektronien menetykseen tai jakamiseen metallin ja hapettimen välillä, jolloin hapetin voi olla yhtä tai useampaa alkuainetta ja/tai yhdistettä. Vastaavasti muut alkuaineet kuin happi 30 voivat toimia hapettimena.As described in our ceramic matrix patent applications 35 and patents, new polycrystalline ceramic materials or polycrystalline ceramic composites are produced as a result of the oxidation reaction of a parent metal and an oxidant (e.g., solid, liquid, and / or gas). According to the 5 species-specific method described in these co-ceramic matrix patent applications and patents, the parent metal (e.g., aluminum) is heated to a high temperature above its melting point, but below the melting point of the oxidation reaction product to react with the . At this temperature, the oxidation reaction product, or at least a portion thereof, is in contact with and extends between the molten parent metal body and the oxidant, whereby the molten metal is absorbed or passed through the formed oxidation reaction product 15 toward the oxidant. The transferred molten metal forms an additional new oxidation reaction product upon contact with the oxidant, on the surface of the previously formed oxidation reaction product. As the process continues, more metal passes through the formation of this polycrystalline oxidation reaction product, thereby continuously "increasing" the ceramic structure of the interconnected crystallites. The resulting ceramic body may contain metal components, such as non-oxidized portions of the parent metal, and / or from the cavity. Oxidation is used in its broadest sense in all parallel patent matrix patent applications and patents within the scope of this application, and refers to the loss or partition of electrons between a metal and an oxidant, where the oxidant may be one or more elements and / or compounds. Similarly, elements other than oxygen 30 can act as an oxidant.

Määrätyissä tapauksissa perusmetalli voi vaatia yhden tai useamman seostusaineen läsnäoloa, jotta edullisesti vaikutettaisiin tai mahdollistettaisiin hapetusreaktiotuot-35 teen kasvattaminen. Sellaiset seostusaineet voivat ainakin osittain seostua perusmetalliin hapetusreaktiotuotteen kasvattamisen yhteydessä tai ennen sitä. Jos esimerkiksi 15 91833 käytetää alumiinia perusmetallina ja ilmaa hapettimena, niin sellaiset seostusaineet kuten magnesium ja pii, vain muutamien mainitsemiseksi suuremmasta seostusaineitten luokasta, voidaan seostaa alumiiniin ja muodostettua 5 kasvatusseosta käytetään perusmetallina. Sellaisesta kas- vatusseoksesta tuloksena oleva hapetusreaktiotuote käsittää alumiinioksidia, tyypillisesti alfa-alumiinioksidia.In certain cases, the parent metal may require the presence of one or more dopants to advantageously effect or allow the growth of the oxidation reaction product. Such dopants may be at least partially doped with the parent metal during or prior to the growth of the oxidation reaction product. For example, if aluminum is used as the parent metal and air is used as the oxidant, then dopants such as magnesium and silicon, to name but a few of the larger class of dopants, can be doped with aluminum and the resulting growth mixture is used as the parent metal. The oxidation reaction product resulting from such a growth mixture comprises alumina, typically alpha alumina.

Uusia keraamisia komposiittirakenteita ja menetelmiä sello laisten valmistamiseksi on myös kuvattu ja esitetty patenttivaatimuksin määrätyissä edellä mainituissa rinnak-kais-keraamimatriisi-patenttihakemuksissa, joissa käytetään hapetusreaktiota keraamisten komposiittirakenteiden tuottamiseksi, jotka käsittävät oleellisesti inerttiä 15 täyteainetta (huom: eräissä tapauksissa reaktiivisen täyteaineen käyttäminen saattaa olla toivottavaa, esim. sellaisen täyteaineen käyttäminen, joka ainakin osittain on reaktiokykyinen etenevän hapetusreaktiotuotteen ja/tai perusmetallin kanssa), jota on tunkeutunut monikiteiseen 20 keraamiseen matriisiin. Perusmetalli asetetaan läpäisevän täyteainemassan (tai esimuotin) vierelle, joka voidaan muotoilla ja käsitellä itsetukevaksi, ja se kuumennetaan sen jälkeen sulan perusmetallikappaleen muodostamiseksi, joka saatetaan reagoimaan hapettimen kanssa, kuten edellä 25 selitettiin, hapetusreaktiotuotteen muodostamiseksi. Ha petusreaktiotuotteen kasvaessa ja tunkeutuessa viereiseen täyteaineeseen, sulaa metallia imeytyy aikaisemmin muodostetun hapetusreaktiotuotteen läpi täyteainemassaan, jossa se reagoi hapettimen kanssa muodostaen lisää uutta hape-30 tusreaktiotuotetta aikaisemmin muodostetun hapetusreak tiotuotteen pinnalle, kuten edellä selitettiin. Tuloksena oleva hapetusreaktiotuotteen kasvu tunkeutuu täyteaineeseen tai ympäröi sen, ja johtaa keraamisen komposiittirakenteen muodostamiseen monikiteisestä keraamimatriisistä, 35 joka ympäröi täyteainetta. Kuten edellä myös mainittiin, niin täyteaineessa (tai esimuotissa) voidaan käyttää • « « 16 91 833 estovälinettä rajan tai pinnan muodostamiseksi keraamikom-posiittirakenteelle.Novel ceramic composite structures and methods for making cellos have also been described and claimed in the aforementioned co-pending ceramic-matrix patent applications using an oxidation reaction to produce ceramic composite structures comprising a substantially inert filler. e.g., the use of a filler that is at least partially reactive with the advancing oxidation reaction product and / or parent metal) that has penetrated the polycrystalline ceramic matrix. The parent metal is placed adjacent to a permeable filler mass (or preform) that can be shaped and processed to self-support, and is then heated to form a molten parent metal body that is reacted with an oxidant as described above to form an oxidation reaction product. As the quench reaction product grows and penetrates the adjacent filler, the molten metal is absorbed through the previously formed oxidation reaction product into the filler mass, where it reacts with the oxidant to form additional new oxidation reaction product on the surface of the previously formed oxidation reaction product. The resulting growth of the oxidation reaction product penetrates or surrounds the filler, and results in the formation of a ceramic composite structure from the polycrystalline ceramic matrix surrounding the filler. As also mentioned above, a barrier means may be used in the filler (or preform) to form a boundary or surface for the ceramic composite structure.

Esillä olevan keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnus-5 omaista se, että järjestetään täyteaineeksi hienonnettu hapetusreaktiotuöte ja saatetaan sula "matriisimetalli spontaanisti tunkeutumaan ainakin täyteaineen osaan käyttäen tunkeutumisen edistäjää ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjää sekä tunkeutumisatmosfääriä ainakin jossakin 10 tunkeutumisprosessin vaiheessa. Odottamatta on havaittu, että monikiteisen hapetusreaktiotuotteen hienonnettu muoto aikaansaa sulan matriisimetallin täyteaineeseen tai esi-muottiin tunkeutumisen paremman kinetiikan, ja/tai alemmat prosessilämpötilat, ja/tai metalli/hiukkasreaktioiden pie-15 nemmän todennäköisyyden, ja/tai alemmat kustannukset. Lisäksi esillä olevalla keksinnöllä savutetaan suuremmat täyteaineen tilavuusosamäärät.The process of the present invention is characterized in that a comminuted oxidation reaction feed is provided as a filler and the molten matrix metal is spontaneously infiltrated into at least a portion of the filler using an infiltration enhancer and / or an infiltration enhancer precursor and an infiltration atmosphere. the comminuted form of the oxidation reaction product provides better kinetics of penetration of the molten matrix metal into the filler or preform, and / or lower process temperatures, and / or lower likelihood and / or lower cost of metal / particle reactions, In addition, the present invention smokes higher filler volume.

Niinikään keksinnön kohteena olevan metallimatriisikompo-20 siittikappaleen tunnusmerkkien suhteen viitataan oheisiin patenttivaatimuksiin 8-11.Likewise, with respect to the characteristics of the metal matrix composite 20 body of the invention, reference is made to the appended claims 8-11.

Kun hienonnettu monikiteinen hapetusreaktiotuöte on aikaansaatu ja muodostunut täyteaineeseen tai esimuottiin, 25 niin sitten tuotetaan metallimatriisikomposiittikappale läpäisevään täyteainemassaan tai esimuottiin tunkeutumisella. Tarkemmin ottaen, tunkeutumisen edistäjä ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjä sekä tunkeutumisatmosfääri ovat yhteydessä täyteaineeseen tai esimuottiin ainakin 30 prosessin jossakin vaiheessa, joka sallii sulan matriisi-metallin spontaanin tunkeutumisen täyteaineeseen tai esimuottiin. Lisäksi voidaan tunkeutumisen edistäjän edeltäjän sijasta syöttää tunkeutumisen edistäjää suoraan ainakin joko esimuottiin, täyteainemassaan, ja/tai matriisime-35 talliin. Lopuksi ainakain spontaanin tunkeutumisen aikana tunkeutumisen edistäjän tulisi sijaita ainakin täyteaineen tai esimuotin osassa.Once the comminuted polycrystalline oxidation reaction product is obtained and formed in the filler or preform, then the metal matrix composite body is produced by penetrating its permeable filler mass or preform. More specifically, the infiltration enhancer and / or the infiltration enhancer precursor and the infiltration atmosphere are in contact with the filler or preform at some stage in the process to allow spontaneous infiltration of the molten matrix metal into the filler or preform. In addition, instead of the penetration enhancer precursor, the penetration enhancer can be fed directly into at least one of the preform, the filler mass, and / or the matrix mat. Finally, at least during spontaneous infiltration, the infiltration enhancer should be located at least in a portion of the filler or preform.

Esimerkiksi matriisimetalli (esim. alumiiniseos), sijoi-40 tetaan siten, että se on yhteydessä täyteainemassan tai li 17 91833 esimuotin pintaan (esim. keraamisia hiukkasia, kuitukiteitä ja/tai kuituja) niin, että kun matriisimetalli on sulassa tilassa, se voi tunkeutua läpäisevään täyteainemas-san tai esimuottiin. Lisäksi, ellei tunkeutumisen edistäjää 5 tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjää sinänsä syötetä hienonnetussa monikiteisessä hapetusreaktiotuotteessa, sitä voidaan lisätä ainakin joko matriisimetalliin tai hienonnettuun hapetusreaktiotuotteeseen (olkoon se täyteainetta tai esimuotti). Hienonnetun monikiteisen hapetus-10 reaktiotuotteen, matriisimetallin, tunkeutumisen edistäjän edeltäjän ja/tai tunkeutumisen edistäjän syöttäminen, ja tunkeutumisatmosfäärin yhdistelmä saattaa matriisimetallin spontaanisti tunkeutumaan täyteaineeseen tai esimuottiin.For example, a matrix metal (e.g., an aluminum alloy) is placed in contact with the surface of the filler mass or li 17 91833 preform (e.g., ceramic particles, fibrous crystals, and / or fibers) so that when the matrix metal is in a molten state, it can penetrate filler or preform. In addition, unless the penetration enhancer 5 or the penetration enhancer precursor itself is fed in the comminuted polycrystalline oxidation reaction product, it can be added at least to either the matrix metal or the comminuted oxidation reaction product (be it a filler or a preform). The combination of the comminuted polycrystalline oxidation-10 reaction product, the matrix metal, the penetration enhancer precursor and / or the penetration enhancer, and the combination of the penetration atmosphere causes the matrix metal to spontaneously penetrate the filler or preform.

1515

Huomattakoon, että tämä hakemus käsittelee pääasiassa alumiinimatriisimetalleja, jotka jossain metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostumisen aikana ovat kosketuksessa magnesiumiin, joka toimii tunkeutumisen edistäjän 20 edeltäjänä, tunkeutumisatmosfäärinä toimivan typen läsnä ollessa. Siten alumiini/magnesium/typpi-järjestelmän mat-riisimetalli/tunkeutumisen edistäjän edeltäjä/tunkeutu-misatmosfääri-järjestelmällä esiintyy spontaania tunkeutumista. Monet muut matriisimetalli/tunkeutumisen 25 edistäjän edeltäjä/tunkeutumisatmosfääri-järjestelmät * voivat kuitenkin käyttäytyä samantapaisesti kuin alumii- ni/magnesium/typpi-järjestelmä. Samantapaista spontaania tunkeutumiskäyttäytymistä on havaittu alumiini/stron-tium/typpi-järjestelmässä; alumiini/sinkki/happi-järjes-30 telmässä; sekä alumiini/kalsium/typpi-järjestelmässä.It should be noted that this application mainly relates to aluminum matrix metals which are in contact with magnesium at some point during the formation of the metal matrix composite body, which acts as a precursor to the penetration enhancer 20 in the presence of a nitrogen acting as an penetration atmosphere. Thus, spontaneous infiltration occurs in the matrix metal / infiltration enhancer precursor / infiltration atmosphere system of the aluminum / magnesium / nitrogen system. However, many other matrix metal / penetration enhancer precursor / penetration atmosphere systems * may behave similarly to the aluminum / magnesium / nitrogen system. Similar spontaneous infiltration behavior has been observed in the aluminum / strontium / nitrogen system; aluminum / zinc / oxygen system; as well as in the aluminum / calcium / nitrogen system.

. Vastaavasti, vaikka tässä hakemuksessa käsitellään pää asiassa alumiini/strontium/typpi-järjestelmää, on ymmärrettävä, että muut metallimatriisi/tunkeutumisen edistäjän edeltäjä/tunkeutumisatmosfääri-järjestelmät voivat käyt-35 täytyä samantapaisesti, ja keksinnön katsotaan kattavan myös ne.. Similarly, although this application is primarily concerned with the aluminum / strontium / nitrogen system, it is to be understood that other metal matrix / penetration enhancer precursor / penetration atmosphere systems may be used in a similar manner and are considered to be encompassed by the invention.

i · 18 91 833i · 18 91 833

Matriisimetallin käsittäessä alumiiniseosta, ja hienonnetun monikiteisen hapetusreaktiotuotteen käsittäessä hienonnettua alumiinioksidin monikiteistä hapetusreak tiotuotetta, saatetaan alumiiniseos kosketukseen 5 täyteaineeseen tai esimuottiin esimerkiksi magnesiumin läsnäollessa ja/tai se saatetaan magnesiumin vaikutuksen alaiseksi prosessin jossakin kohdassa. Alumiiniseos ja täyteaine tai esimuotti pidetään typpiatmosfäärissä ainakin prosessin osan aikana. Näissä oloissa esimuotissa tai 10 täyteaineessa esiintyy spontaania tunkeutumistaf ja spontaanin tunkeutumisen ja metallimatriisin muodostumisen määrä tai nopeus vaihtelevat annetun prosessiolojen järjestelyn mukaisesti, johon sisältyy esimerkiksi järjestelmään (esim. alumiiniseokseen ja/tai esimuottiin) ja/tai 15 tunkeutumisatmosfääriin) tuotetun tunkeutumisen edistäjän edeltäjän (esim. magnesiumin) ja/tai tunkeutumisen edistäjän pitoisuus, täyteaineen tai esimuotin koko ja/tai koostumus, typen pitoisuus tunkeutumisatmosfäärissä, aika jona tunkeutumisen annetaan esiintyä, ja/tai lämpötila, 20 jossa tunkeutuminen esiintyy. Spontaania tunkeutumista esiintyy tyypillisesti niin suuressa määrin, että se riittää oleellisen täydellisesti ympäröimään esimuotin tai täyteaineen.When the matrix metal comprises an aluminum alloy, and the comminuted polycrystalline oxidation reaction product comprises a comminuted alumina polycrystalline oxidation reaction product, the aluminum alloy is contacted with a filler or preform, for example in the presence of magnesium, and / or exposed to magnesium at some point in the process. The aluminum alloy and filler or preform are maintained under a nitrogen atmosphere for at least a portion of the process. Under these conditions, spontaneous infiltration occurs in the preform or filler, and the amount or rate of spontaneous infiltration and metal matrix formation varies according to a given arrangement of process conditions, including, for example, infiltration of the system (e.g., aluminum alloy and / or preform) and / or infiltration atmosphere. magnesium) and / or the penetration enhancer concentration, the size and / or composition of the filler or preform, the nitrogen concentration in the penetration atmosphere, the time at which the penetration is allowed to occur, and / or the temperature at which the penetration occurs. Spontaneous infiltration typically occurs to such an extent that it is sufficient to completely surround the preform or filler.

25 Määritelmiä "Alumiini" merkitsee ja sisältää tässä käytettynä, sekä keraamimatriisi-komposiittikappaleiden että metallimat-riisi-komposiittikappaleiden yhteydessä, oleellisesti 30 puhtaan metallin (esim. suhteellisen puhtaan, kaupallisesti saatavan seostamattoman alumiinin) tai metallin ja metalliseosten muita laatuja, kuten kaupallisesti saatavat metallit, joissa on epäpuhtauksia ja/tai jotka sallivat siinä olevan sellaisia ainesosia, kuten rautaa, piitä, 35 kuparia, magnesiuma, mangaania, kromia, sinkkiä, jne. Tämän määritelmän tarkoituksiin oleva alumiiniseos on seos tai li 19 91 833 metallien muodostama yhdiste, jossa alumiini on pää- ainesosana.25 Definitions "Aluminum" as used herein, and in connection with both ceramic matrix composite bodies and metal matrix rice composite bodies, means substantially pure metal (e.g., relatively pure, commercially available unalloyed aluminum) or other grades of metal and alloys, such as commercially available metals, containing impurities and / or containing constituents such as iron, silicon, copper, magnesium, manganese, chromium, zinc, etc. For the purposes of this definition, an aluminum alloy is an alloy or a compound of metals containing aluminum as a main ingredient.

"Ei-hapettavan kaasun loppuosa" merkitsee tässä metalli- 5 matriisi-komposiittikappaleiden yhteydessä käytettynä si tä, että tunkeutumisatmosfäärin muodostavan primäärikaasun lisänä oleva mikä tahansa kaasu on joko inerttiä kaasua tai pelkistävää kaasua, joka oleellisesti ei reagoi matriisimetallin kanssa prosessin olosuhteissa. Kaikkien 10 kaasussa (kaasuissa) epäpuhtautena mahdollisesti läsnä olevien hapettavien kaasujen määrän tulisi olla riittämätön matriisimetallin hapettamiseen missään oleellisessa määrin prosessin olosuhteissa."Remaining non-oxidizing gas" as used herein in connection with metal matrix composite bodies means that any gas in addition to the primary gas forming the penetration atmosphere is either an inert gas or a reducing gas that does not substantially react with the matrix metal under the process conditions. The amount of any oxidizing gases potentially present as an impurity in the gas (s) should be insufficient to oxidize the matrix metal to any substantial extent under the process conditions.

15 "Estoaine" tai "estoväline" merkitsee tässä keraamimatrii-si-komposiittikappaleiden yhteydessä käytettynä mitä tahansa soveltuvaa ainetta, yhdistettä, alkuainetta, koostumusta tai vastaavaa, joka prosessin olosuhteissa ylläpitää jonkinasteisen eheyden, ei ole oleellisesti 20 haihtuvaa (ts. estoaine ei haihdu niin paljon, että siitä tulisi estoaineena hyödytön), ja se läpäisee edullisesti höyryfaasissa olevaa hapetinta (jos sitä käytetään) samalla kun se pystyy paikallisesti estämään, myrkyttämään, pysäyttämään, häiritsemään jne. hapetusreaktiotuotteen jat-25 kuvaa kasvamista."Inhibitor" or "inhibitor" as used herein in connection with ceramic matrix composite bodies means any suitable substance, compound, element, composition, or the like that, under process conditions, maintains some degree of integrity, is not substantially volatile (i.e., the inhibitor does not evaporate as much). that it becomes useless as an inhibitor), and preferably permeates the oxidant in the vapor phase (if used) while being able to locally inhibit, poison, stop, interfere, etc. with the continued growth of the oxidation reaction product.

"Estoaine" tai "estoväline" merkitsee tässä metallimatrii-si-komposiittikappaleiden yhteydessä käytettynä mitä tahansa soveltuvaa välinettä, joka vuorovaikuttaa, estää, 30 torjuu tai lopettaa sulan matriisimetallin kulkeutumisen, siirtymisen tai vastaavan, täyteainemassan tai esimuotin rajapinnan taakse, jolloin mainittu estoväline määrittelee sellaisen rajapinnan. Sopivia estovälineitä voivat olla mitkä tahansa aineet, yhdisteet, alkuaineet, koostumukset 35 tai vastaavat, jotka prosessin olosuhteissa ylläpitävät jonkinasteisen eheyden eivätkä ole oleellisesti haihtuvia 20 9 1 8 3 3 (ts. estoaine ei haihdu niin paljon, että siitä tulisi estoaineena hyödytön)."Blocking agent" or "blocking means" as used herein in connection with metal matrix composite bodies means any suitable means for interacting, blocking, preventing or stopping the migration, migration or the like of molten matrix metal behind a filler mass or preform interface, said blocking means defining a cell barrier . Suitable barrier means can be any substance, compound, element, composition, or the like that maintains some degree of integrity under the process conditions and is not substantially volatile (i.e., the barrier does not evaporate to such an extent that it becomes useless as a barrier).

Lisäksi sopivat "estovälineet" sisältävät aineita, joita 5 kulkeutuva sula matriisimetalli käytetyn prosessin aikana ei oleellisesti pysty kostuttamaan. Tämän tyyppisellä estoaineella näyttää olevan oleellisen vähän tai ei lainkaan yhtymispyrkimystä sulaan matriisimetalliin, ja estoväline estää tai torjuu siirtymisen täyteainemassan 10 tai esimuotin määritellyn rajapinnan yli. Estoaine vähentää mahdollista loppukoneistusta tai hiomista, jota voidaan tarvita, ja määrittelee ainakin osan tuloksena olevan metallimatriisi-komposiittituotteen pinnasta. Estoaine voi määrätyissä tapauksissa olla läpäisevää tai huokoista, 15 tai se voidaan saattaa läpäiseväksi esimerkiksi poraamalla reikiä estoaineeseen tai lävistämällä se, niin että kaasu pääsee kosketukseen sulan matriisimetallin kanssa.In addition, suitable "barrier means" include substances that are substantially incapable of wetting the migrating molten matrix metal during the process used. This type of barrier appears to have substantially little or no tendency to coalesce with the molten matrix metal, and the barrier means prevents or repels migration over the defined interface of the filler mass 10 or preform. The barrier reduces any final machining or grinding that may be required and defines at least a portion of the surface of the resulting metal matrix composite product. The blocking agent may in certain cases be permeable or porous, or it may be made permeable, for example by drilling holes in the blocking agent or by piercing it so that the gas comes into contact with the molten matrix metal.

"Jäännökset" tai "perusmetallin jäännökset" tai "mat-20 riisimetallin jäännökset" viittaa tässä käytettynä alkuperäisen perusmetalli- tai matriisimetallirungon mahdolliseen osaan, joka jää jäljelle ja joka ei ole kulunut metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostuksen aikana, ja tyypillisesti, jos sen annetaan jäähtyä, pysyy ainakin 25 osittaisessa kosketuksessa muodostettuun kappaleeseen. Tulisi ymmärtää, että jäännökset voivat myös tyypillisesti sisältää perusmetallin tai matriisimetallin joitakin hapettuneita aineosia ja/tai toista tai vierasta metallia."Residues" or "parent metal residues" or "mat-20 rice metal residues" as used herein refers to any portion of the original parent metal or matrix metal body that remains and is not worn during the formation of the metal matrix composite body, and typically, if allowed to cool, remains at least 25 pieces formed in partial contact. It should be understood that residues may also typically contain some oxidized components of the parent metal or matrix metal and / or another or foreign metal.

30 "Keraami" :a tässä käytettynä ei pitäisi rajata merkitsemään keraamista kappaletta sen klassisessa mielessä, ts. siinä mielessä, että se muodostuu kokonaisuudessaan ei-metalli-sista ja epäorgaanisista aineista, vaan se tarkoittaa kappaletta, joka pääosiltaan on keraaminen joko rakenteensa 35 tai hallitsevien ominaisuukseensa osalta, vaikka kappale voi sisältää vähäisiä tai merkittäviä määriä yhtä tai useita metallia olevia aineosia (eristettyinä ja/tai )! 21 91833 liittyneinä, riippuen prosessin olosuhteista, joita käytetään kappaletta muodostettaessa), jotka juontavat perusmetallista, tai jotka ovat pelkistyneet hapettimesta tai seostusaineesta, tyypillisimmin noin 1-40 tilavuus-5 prosenttia olevalla alueella, mutta se voi sisältää metallia enemmänkin.30 "Ceramic" as used herein should not be limited to a ceramic body in its classical sense, i.e., in the sense that it is composed entirely of non-metallic and inorganic materials, but means a body that is substantially ceramic in structure or in terms of its properties, although the part may contain small or significant amounts of one or more metal constituents (insulated and / or)! 21,91833 associated, depending on the process conditions used to form the article), which date from the parent metal, or are reduced from an oxidant or dopant, most typically in the range of about 1 to 40% by volume, but may contain more metal.

"Seostusaine" tässä keraamimatriisi-komposiittikappalei-den yhteydessä käytettynä tarkoittaa aineita (seoksen 10 aineosia tai aineosia yhdessä ja/tai sisällytettynä ja/tai täyteaineessa tai sen päällä), jotka perusmetallin kanssa käytettyinä vaikuttavat edullisesti tai edistävät hapetus-reaktion prosessia ja/tai muuntaat kasvattamisprosessia tuotteen mikrostruktuurin ja/tai ominaisuuksien muuttami-15 seksi. Vaikka ei haluta sitoutua mihinkään erityiseen teoriaan tai selitykseen seostusaineiden toiminnasta, vaikuttaa siltä, että eräät seostusaineet ovat käyttökelpoisia edistämään hapetusreaktiotuotteen muodostumista sellaisissa tapauksissa, joissa perusmetallin ja sen 20 hapetusreaktiotuotteen välillä ei luonnostaan esiinny pintaenergiasuhdetta sellaisen muodostumisen edistämiseksi. Seostusaineet voivat: muodostaa edulliset pintaenergiasuhteet, jotka edistävät tai aiheuttavat hapetusreaktiotuotteen kostuttamisen su-25 lalla perusmetallilla; muodostaa "edeltäjäkerroksen" kasvupinnalle reagoimalla seoksen, hapettimen ja/tai täyteaineen kanssa, joka a) minimoi suojaavan ja yhtenäisen hapetusreaktiotuoteker-roksen (-kerrosten) muodostumisen, b) voi edistää hapet-30 timen liukenevuutta (ja siten tunkeutumiskykyä) sulaan metalliin, ja/tai c) sallii hapettimen kuljettamisen hapettavasta atmosfääristä minkä tahansa edeltäjäoksidi-kerroksen läpi yhdistyäkseen sen jälkeen sulan metallin kanssa toisen hapetusreaktiotuotteen muodostamiseksi; ai-35 heuttaa mirostruktuurin rakennemuutoksia hapetusreak-tiotuotteessa kun se muodostuu tai sen jälkeen; muuttaa sellaisen hapetusreaktiotuotteen metalliaineosien koostu- 22 91833 musta ja ominaisuuksia; ja/tai edistää kasvun kidealkioiden muodostumista ja hapetusreaktiotuotteen kasvun tasaisuutta» 5 "Täyteaine" on tässä sekä keraamisten matriisikappaleiden että metallimatriisi-komposiittikappaleiden yhteydessä käytettynä tarkoitettu sisältämään joko yksittäisiä aineksia tai ainesseoksia, jotka oleellisesti eivät reagoi metallin (esim. perusmetalli) ja/tai hapetusreaktiotuot-10 teen kanssa ja/tai joilla on rajoitetu liukenevuus metalliin (esim. perusmetalli) ja/tai hapetusreaktiotuottee-seen, ja jotka voivat olla yksi- tai useampifaasisia. Täyteaineita voidaan järjestää lukuisissa eri muodoissa, kuten jauheina, liuskoina, hiutaleina, mikropalloina, 15 kuitukiteinä, kuplina, jne, ja ne voivat olla joko tiiviitä tai huokoisia. Täyteaine voi myös sisältää keraamisia täyteaineita, kuten alumiinioksidia tai piikarbidia kuituina, leikattuina kuituina, hiukkasina, kuitukiteinä, kuplina, palloina, kuitumattoina, tai vastaavina, ja 20 keraamisesta päällystettyjä täyteaineita, kuten hiilikuituja, jotka on päällystetty alumiinioksidilla tai piikar-bidilla hiilen suojaamiseksi esim. sulan perusmetalli-alumiinin syövyttävältä vaikutukselta. Täyteaineet voivat myös käsittää metalleja."Dopant" as used herein in connection with ceramic matrix composite bodies means substances (components of the mixture 10 or components together and / or incorporated and / or in or on a filler) which, when used with a parent metal, favorably affect or promote the oxidation reaction process and / or modify the growth process. to alter the microstructure and / or properties of the product. While not wishing to be bound by any particular theory or explanation of the operation of dopants, it appears that some dopants are useful in promoting the formation of an oxidation reaction product in cases where there is no naturally occurring surface energy relationship between the parent metal and its oxidation reaction product to promote such formation. The dopants can: form preferred surface energy ratios that promote or cause wetting of the oxidation reaction product with molten parent metal; forms a "precursor layer" on the growth surface by reacting with a mixture, oxidant and / or filler which a) minimizes the formation of a protective and uniform oxidation reaction product layer (s), b) can promote the solubility (and thus penetrability) of the oxidant in molten metal, and / or c) allowing the oxidant to pass from the oxidizing atmosphere through any of the precursor oxide layers to then combine with the molten metal to form a second oxidation reaction product; ai-35 induces structural changes in the myrostructure in the oxidation reaction product as it is formed or thereafter; altering the composition and properties of the metal components of such an oxidation reaction product; and / or promotes the formation of growth crystal embryos and the uniformity of growth of the oxidation reaction product »5" Filler "as used herein in connection with both ceramic matrix bodies and metal matrix composite bodies is intended to contain either individual materials or mixtures of substances substantially unreactive to metal (e.g. parent metal) and / or oxidation 10 and / or have limited solubility in metal (e.g. parent metal) and / or oxidation reaction product, and may be single or multi-phase. The fillers can be arranged in a number of different forms, such as powders, strips, flakes, microspheres, fiber crystals, bubbles, etc., and can be either dense or porous. The filler may also include ceramic fillers such as alumina or silicon carbide in the form of fibers, cut fibers, particles, fibrous crystals, bubbles, spheres, nonwovens, or the like, and ceramic coated fillers such as carbon fibers coated with carbon oxide or coated with alumina. the corrosive effect of molten parent metal-aluminum. The fillers may also comprise metals.

25 "Kasvuseos" tarkoittaa tässä sekä keraamimatriisi-kom-posiittikappaleiden että metallimatriisi-komposiittikap-paleiden yhteydessä käytettynä seosta, joka aluksi sisältää tai joka prosessin jossain vaiheessa saa riittävän määrän 30 vaadittua aineosaa, niin että siitä seuraa hapetusreak-tiotuotteen kasvaminen."Growth mixture" as used herein in connection with both ceramic matrix composite bodies and metal matrix composite bodies means a mixture that initially contains or at some point in the process obtains a sufficient amount of the required ingredient to result in an increase in the oxidation reaction product.

"Tunkeutumisatmosfääri" tässä metallimatriisi-komposiit-tikappaleiden yhteydessä käytettynä tarkoittaa sitä atmos-35 fääriä, joka on läsnä ja joka vuorovaikuttaa matriisime-tallin ja/tai esimuotin (tai täyteaineen) ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjän ja/tai tunkeutumisen 23 91833 edistäjän kanssa ja sallii tai edistää matriisimetallin spontaanin tunkeutumisen esiintymisen."Penetration atmosphere" as used herein in connection with metal matrix composite bodies means the atmosphere present and interacting with the matrix metal and / or preform (or filler) and / or the penetration enhancer precursor and / or penetration enhancer and / or penetration enhancer. allows or promotes the occurrence of spontaneous infiltration of matrix metal.

"Tunkeutumisen edistäjä" merkitsee tässä metallimatriisi-5 komposiittikappaleiden yhteydessä käytettynä ainetta, joka edistää tai avustaa matriisimetallin spontaania tunkeutumista täyteaineeseen tai esimuottiin. Tunkeutumisen edistäjä voidaan muodostaa esimerkiksi tunkeutumisen edistäjän edeltäjän reaktiolla tunkeutumisatmosfäärin kanssa 1) 10 kaasun ja/tai 2) tunkeutumisen edistäjän edeltäjän ja tunkeutumisatmosfäärin reaktiotuotteen ja/tai 3) tunkeutumisen edistäjän edeltäjän ja täyteaineen tai esimuotin reaktiotuotteen muodostamiseksi. Lisäksi tunkeutumisen edistäjää voidaan syöttää suoraan ainakin yhteen seuraa-15 vista: esimuottiin, ja/tai matriisimetalliin, ja/tai tun-keutumisatmos f ääriin; ja se voi toimia oleellisesti samalla tavalla kuin tunkeutumisen edistäjä, joka on muodostunut tunkeutumisen edistäjän edeltäjän ja jonkin toisen aineen reaktiona. Lopuksi ainakin spontaanin tunkeutumisen aikana 20 tunkeutumisen edistäjän tulisi sijaita ainakin osassa täyteainetta tai esimuottia spontaanin tunkeutumisen aikaansaamiseksi."Penetration enhancer" as used herein in connection with metal matrix-5 composite bodies means an agent that promotes or assists spontaneous penetration of matrix metal into a filler or preform. The infiltration enhancer can be formed, for example, by the reaction of the infiltration enhancer precursor with the infiltration atmosphere to 1) 10 gases and / or 2) the infiltration enhancer precursor and the infiltration atmosphere reaction product and / or 3) the infiltration enhancer precursor and filler. In addition, the penetration enhancer may be fed directly to at least one of the following: a preform, and / or a matrix metal, and / or an infiltration atmosphere; and it may function in substantially the same manner as an infiltration enhancer formed by the reaction of a precursor of the infiltration enhancer with another agent. Finally, at least during spontaneous infiltration, the infiltration enhancer should be located in at least a portion of the filler or preform to effect spontaneous infiltration.

"Tunkeutumisen edistäjän edeltäjä" merkitsee tässä metal-25 limatriisi-komposiittikappaleiden yhteydessä käytettynä ainetta, joka yhdessä matriisimetallin, esimuotin ja/tai tunkeutumisatmosfäärin kanssa käytettynä muodostaa tunkeutumisen edistäjän, joka aiheuttaa tai avustaa matriisimetallin spontaania tunkeutumista täyteaineeseen tai esi-30 muottiin. Haluamatta sitoutua mihinkään määrättyyn teoriaan tai selitykseen, vaikuttaa siltä, että tunkeutumisen edistäjän edeltäjää pitäisi pystyä asettamaan, sen pitäisi sijaita tai sitä pitäisi voida kuljettaa sellaiseen kohtaan, joka sallii tunkeutumisen edistäjän edeltäjän olla 35 vuorovaikutuksessa tunkeutumisatmosfäärin kanssa ja/tai esimuotin tai täyteaineen ja/tai metallin kanssa. Eräissä matriisimetalli/tunkeutumisen edistäjän edeltäjä/tunkeu- 91833 24 tumisatmosfääri-järjestelmissä on esimerkiksi toivottavaa, että tunkeutumisen edistäjän edeltäjä höyrystyy siinä lämpötilassa jossa matriisimetalli sulaa, tämän lämpötilan lähellä, tai eräissä tapauksissa jopa jonkinverran tämän 5 lämpötilan yläpuolella. Sellainen höyrystyminen saattaa johtaa: 1) tunkeutumisen edistäjän edeltäjän reaktioon tunkeutumisatmosfäärin kanssa sellaisen kaasun muodostamiseksi, joka edistää täyteaineen tai esimuotin kostuttamista matriisimetallilla; ja/tai 2) tunkeutumisen edistä-10 jän edeltäjän reaktioon tunkeutumisatmosfäärin kanssa sellaisen kiinteän aineen, nesteen tai kaasun muodossa olevan tunkeutumisen edistäjän muodostamiseksi ainakin täyteaineen tai esimuotin osassa, joka edistää kostuttamista; ja/tai 3) sellaiseen tunkeutumisen edistäjän edel-15 täjän reaktioon täyteaineessa tai esimuotissa, joka muodostaa kiinteän aineen, nesteen tai kaasun muodossa olevan tunkeutumisen edistäjän ainakin täyteaineen tai esimuotin osassa, joka edistää kostuttamista."Penetration enhancer precursor" as used herein in connection with metal-25 matrix composite bodies means a substance which, when used in conjunction with a matrix metal, preform and / or infiltration atmosphere, forms an infiltration enhancer that causes or assists spontaneous infiltration of the matrix metal into the filler. Without wishing to be bound by any particular theory or explanation, it appears that the intrusion promoter precursor should be able to be located, located, or transported to a location that allows the intrusion promoter precursor to interact with the intrusion atmosphere and / or preform or metal or with. For example, in some matrix metal / infiltration enhancer precursor / infiltration atmosphere systems, it is desirable for the infiltration enhancer precursor to vaporize at a temperature at which the matrix metal melts, near this temperature, or in some cases even slightly above this temperature. Such evaporation may result in: 1) a reaction of the infiltration enhancer precursor with the infiltration atmosphere to form a gas that promotes wetting of the filler or preform with the matrix metal; and / or 2) reacting the infiltration enhancer precursor with the infiltration atmosphere to form an infiltration enhancer in the form of a solid, liquid or gas at least in a portion of the filler or preform that promotes wetting; and / or 3) a reaction of the penetration enhancer precursor in the filler or preform to form a solid, liquid or gaseous penetration enhancer in at least a portion of the filler or preform that promotes wetting.

20 "Nestefaasissa oleva hapetin" tai "nestehapetin" merkitsee tässä keraamimatriisi-komposiittikappaleiden yhteydessä hapetinta, jossa osoitettu neste on ainoana, määräävänä tai ainakin merkittävänä perus- tai edeltäjämetallin hapettimena prosessin olosuhteissa."Liquid phase oxidant" or "liquid oxidant" as used herein in connection with ceramic matrix composite bodies means an oxidant in which the indicated liquid is the sole, predominant, or at least significant oxidant of the parent or precursor metal under the process conditions.

2525

Viittaus nestehapettimeen merkitsee sellaista, joka on nesteenä hapetusreaktion olosuhteissa. Vastaavasti neste-hapettimella voi olla kiinteä edeltäjä, kuten suola, joka sulaa hapetusreaktion olosuhteissa. Vaihtoehtoisesti nes-30 tehapettimella voi olla nestemäinen edeltäjä (esim. aineen liuos), jota käytetään täyteaineen osan tai kaiken siitä kyllästämiseksi, ja joka sulaa tai hajoaa hapetusreaktion olosuhteissa tuottaen sopivan hapettimen osuuden. Esimerkkejä tässä määritellyistä nestehapettimista ovat alhaisis-35 sa lämpötiloissa sulavat lasit.Reference to a liquid oxidant means one that is a liquid under the conditions of an oxidation reaction. Similarly, the liquid oxidant may have a solid precursor, such as a salt, that melts under the conditions of the oxidation reaction. Alternatively, the nes-30 oxidizer may have a liquid precursor (e.g., a solution of the agent) used to saturate a portion or all of the filler and that melts or decomposes under the conditions of the oxidation reaction to produce a suitable portion of the oxidant. Examples of liquid oxidants as defined herein include low melting glass.

li 25 91833li 25 91833

Jos nestehapetinta käytetään perusmetallin ja täyteaineen yhteydessä, niin tyypillisesti koko täyteaineen peti tai se osa, joka sisältää halutun keraamikappaleen, kyllästetään hapettixnella (esim. päällystämällä tai upottamalla 5 hapettimeen).If the liquid oxidant is used in conjunction with a parent metal and a filler, then typically the entire bed of filler or the portion containing the desired ceramic body is impregnated with an oxidant (e.g., by coating or dipping in an oxidant).

"Matriisimetalli" tai "matriisimetalliseos" merkitsevät tässä metallimatriisi-komposiittikappaleiden yhteydessä käytettynä sitä metallia, jota käytetään metallimatriisi-10 komposiitin muodostamiseksi (esim. ennen tunkeutumista) ja/tai sitä metallia, joka sekoittuu täyteaineeseen metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostamiseksi (esim. tunkeutumisen jälkeen). Kun matriisimetalliksi nimetään määrätty metalli, on ymmärrettävä, että sellainen 15 matriisimetalli sisältää tämän metallin oleellisesti puhtaana metallina, kaupallisesti saatavana metallina, jossa on epäpuhtauksia ja/tai seosaineita, metallien muodostaman yhdisteenä tai seoksena, jossa tämä metalli on pääasiallisena osana."Matrix metal" or "matrix metal alloy" as used herein in connection with metal matrix composite bodies means the metal used to form the metal matrix-10 composite (e.g., prior to penetration) and / or the metal that mixes with the filler to form the metal matrix composite body (e.g., penetration). When a designated metal is designated a matrix metal, it is to be understood that such a matrix metal includes that metal as a substantially pure metal, a commercially available metal having impurities and / or alloying elements, a compound of metals, or an alloy in which this metal is a major component.

20 "Matriisimetalli/tunkeutumisen edistäjän edeltäjä/tunkeu-tumisatmosfääri-järjestelmä" eli "spontaani järjestelmä" viittaa tässä metallimatriisi-komposiittikappaleiden yhteydessä käytettynä siihen aineiden yhdistelmään, jolla 25 esiintyy spontaania tunkeutumista esimuottiin ja täyteaineeseen. On ymmärrettävä, että kun esimerkin matriisime-tallin, tunkeutumisen edistäjän edeltäjän ja tunkeutu-misatmosfäärin välissä esiintyy merkki "/", sitä käytetään merkitsemään järjestelmää tai aineiden yhdistelmää, jolla 30 määrätyllä tavalla yhdisteltynä esiintyy spontaania tunkeutumista esimuottiin tai täyteaineeseen."Matrix metal / infiltration enhancer precursor / infiltration atmosphere system" or "spontaneous system" as used herein in connection with metal matrix composite bodies refers to a combination of substances that exhibit spontaneous infiltration into a preform and filler. It is to be understood that when the "/" sign occurs between the matrix metal of the example, the penetration enhancer precursor, and the penetration atmosphere, it is used to denote a system or combination of agents that, when combined in a certain manner, exhibits spontaneous penetration into a preform or filler.

"Metallimatriisikomposiitti" eli "MMC" merkitsee tässä metallimatriisi-komposiittikappaleiden yhteydessä käyte-35 tynä ainetta, joka käsittää kaksi- tai kolmiulotteisesti liittyneen seoksen tai matriisimetallin, joka pitää sisäl-.. lään esimuottia tai täyteainetta. Matriisimetalli voi 26 9 1 8 3 3 sisältää erilaisia seosalkuaineita, joilla aikaansaadaan erityisesti toivotut mekaaniset ja fysikaaliset ominaisuudet tuloksena olevassa komposiitissa."Metal matrix composite" or "MMC" as used herein in connection with metal matrix composite bodies means a substance comprising a two- or three-dimensionally bonded alloy or matrix metal containing a preform or filler. The matrix metal may contain various alloying elements which provide the desired mechanical and physical properties in the resulting composite.

5 "Poikkeava" metalli merkitsee keraamimatriisi-komposiit-tikappaleiden ja/tai metallimatriisi-komposiittikappalei-den yhteydessä metallia, joka ei sisällä pääasiallisena ainesosana samaa metallia kuin matriisimetalli tai perusmetalli (jos esimerkiksi matriisimetallin tai perusmetal-10 Iin pääasiallisena osana on alumiini, niin "poikkeavan" metallin pääasiallisena osana voisi olla esimerkiksi nikkeli).5 "Aberrant" metal in the context of ceramic matrix composite bodies and / or metal matrix composite bodies means a metal that does not contain the same metal as the matrix metal or parent metal as the main component (for example, if aluminum is the major component of the matrix metal or parent metal), " "the main part of the metal could be, for example, nickel).

"Typpeä sisältävä kaasuhapetin" on tässä metallimatriisi-15 komposiittikappaleiden yhteydessä käytettynä määrätty kaasu tai höyry, jossa typpi on ainoana, määräävänä tai ainakin merkittävänä perus- tai edeltäjämetallin hapettimena käytetyissä hapettavissa olosuhteissa.A "nitrogen-containing gas oxidant" as used herein in connection with metal matrix-15 composite bodies is a specified gas or vapor in which nitrogen is the sole, predominant, or at least significant oxidant of the parent or precursor metal under the oxidizing conditions used.

20 "Hapetin" merkitsee tässä metallimatriisi-komposiittikap-paleiden yhteydessä käytettynä yhtä tai useampaa elektronien vastaanottajaa tai elektronien jakajaa, ja se voi olla kiinteä aine, neste tai kaasu tai näiden joku yhdistelmä (esim. kiinteä aine ja kaasu) hapetusreaktion olosuhteissa."Oxidant" as used herein in connection with metal matrix composite bodies means one or more electron acceptors or electron splitters, and may be a solid, liquid, or gas, or a combination thereof (e.g., solid and gas) under oxidation reaction conditions.

25 Tyypillisiin hapettimiin kuuluvat, ilman rajoituksia, happi, typpi halogeeni, rikki, fosfori, arsenikki, hiili, boori, seleeni, tellurium, ja/tai näiden yhdisteitä ja yhdistelmiä, esimerkiksi piidioksidi tai silikaatit (hapen lähde), metaani, etaani, propaani, asetyleeni, eteeni, 30 propeeni (hiilivety hiilen lähteenä), ja seokset, kuten ilma, H2/H2O ja CO/CO2 (hapen lähde), jolloin kaksi viimeksi mainittua (ts. H2/H2O ja CO/CO2) ovat hyödyllisiä vähennettäessä ympäristön happiaktiivisuutta.Typical oxidants include, without limitation, oxygen, nitrogen, halogen, sulfur, phosphorus, arsenic, carbon, boron, selenium, tellurium, and / or compounds and combinations thereof, for example, silica or silicates (oxygen source), methane, ethane, propane, acetylene, ethylene, propylene (hydrocarbon as a carbon source), and mixtures such as air, H2 / H2O and CO / CO2 (oxygen source), the latter two (i.e. H2 / H2O and CO / CO2) being useful in reducing ambient oxygen activity .

35 "Hapetusreaktiotuote" merkitsee tässä metallimatriisi- komposiittikappaleiden yhteydessä käytettynä yhtä tai useampaa metallia jossakin hapettuneessa tilassa, jossa 27 91833 metalli(-t) on luovuttanut elektroneja tai jakanut elektroneja toisen alkuaineen, yhdisteen tai näiden yhdistelmän kanssa. Vastaavasti tämän määritelmän puitteissa "hapetus-reaktiotuote" sisältää yhden tai useamman metallin reak-5 tiosta yhden tai useamman hapettimen kanssa tuloksena olevan tuotteen."Oxidation reaction product" as used herein in connection with metal matrix composite bodies means one or more metals in an oxidized state in which 27,91833 metal (s) have donated electrons or shared electrons with another element, compound, or combination thereof. Accordingly, within the scope of this definition, an "oxidation reaction product" includes the product of the reaction of one or more metals with one or more oxidants.

"Happea sisältävä kaasuhapetin” on tässä keraamimatriisi-komposiittikappaleiden yhteydessä käytettynä määrätty kaa-10 su tai höyry, jossa happi on ainoana, määräävänä tai ainakin merkittävänä perus- tai edeltäjametalIin hapettimena käytetyissä hapettavissa olosuhteissa.An "oxygen-containing gaseous oxidant" as used herein in connection with ceramic matrix composite bodies is a specified gas or vapor in which oxygen is the sole, predominant, or at least significant oxidant to the parent or precursor metal under the oxidizing conditions used.

"Perusmetalli" merkitsee tässä keraamimatriisi-komposiit-15 tikappaleiden yhteydessä käytettynä, sitä metallia (niitä metalleja) (esim. alumiini, pii. titaani, tina ja/tai zirkonium), joka on monikiteisen hapetusreaktiotuotteen edeltäjä ja sisältää tätä metallia (näitä metalleja) oleellisen puhtaana metallina, kaupallisesti saatavana 20 metallina jossa on epäpuhtauksia ja/tai seostusaineita, tai seosta, jossa tämän metallin edeltäjä on pääasiallisena aineosana. Kun määrätty metalli mainitaan perus- tai edeltäjämetallina (esim. alumiini jne), niin osoitettu metalli pitäisi luettaessa ymmärtää tämän määritelmän 25 mukaisesti, ellei asiayhteydestä muuta ilmene."Base metal" as used herein in connection with ceramic matrix composite articles means the metal (s) (e.g., aluminum, silicon, titanium, tin, and / or zirconium) that is a precursor to the polycrystalline oxidation reaction product and contains this metal (s) substantially. as a pure metal, as a commercially available metal containing impurities and / or dopants, or a mixture in which the precursor of this metal is the main constituent. When a particular metal is mentioned as a parent or precursor metal (e.g., aluminum, etc.), the indicated metal should be read when read in accordance with this definition 25, unless the context indicates otherwise.

"Esimuotti" tai "läpäisevä esimuotti" merkitse tässä keraamimatriisi-komposiittikappaleiden ja metallimatrii-si-komposiittikappaleiden yhteydessä käytettynä sellaista 30 huokoista täytemassaa tai täyteainemassaa, joka valmistetaan ainakin yhdellä rajapinnalla, joka oleellisesti määrittelee tunkeutuvalle matriisimetallille rajapinnan, kuten massaa, joka riittävän hyvin pitää ehjän muotonsa ja tuorelu juuden, niin että se aikaansaa mittapysyvyyden ennen 35 kuin matriisimetalli tunkeutuu siihen. Massan tulisi olla riittävän huokoista, niin että se sallii matriisimetallin .. spontaanin tunkeutumisen siihen. Tyypillisesti esimuotti 28 91 833 käsittää sidotun ryhmän tai täyteaineen järjestelyn, joko homogeenisen tai epähomogeenisen, ja se voi käsittää mitä tahansa soveltuvaa ainetta (esim. keraamisia ja/tai metallihiukkasia, jauheita, kuituja, kuitukiteitä, jne, sekä 5 mitä tahansa näiden yhdistelmää). Esimuotti voi olla joko erillisenä tai kokoonpanona."Preform" or "permeable preform" as used herein in connection with ceramic matrix composite bodies and metal matrix composite bodies means a porous filler or filler mass made at at least one interface that substantially defines a well-penetrating matrix metal, and freshening the grain so as to provide dimensional stability before the matrix metal penetrates it. The mass should be sufficiently porous to allow matrix metal .. to spontaneously penetrate it. Typically, the preform 28 91 833 comprises a bonded group or filler arrangement, either homogeneous or inhomogeneous, and may comprise any suitable material (e.g., ceramic and / or metal particles, powders, fibers, fibrous crystals, etc., and any combination thereof). The preform can be either separate or assembled.

"Varastolähde" tai varasto merkitsee tässä käytettynä erillista perusmetallin tai matriisimetallin kappaletta, 10 joka on sijoitettu täyteainemassan tai esimuotin suhteen niin, että kun metalli sulaa, se voi virrata korvaamaan, tai eräissä tapauksissa alunperin aikaansaamaan ja sen jälkeen täydentämään sitä perusmetallin tai matriisimetallin osaa, segmenttiä tai lähdettä, joka koskettaa täyte-15 ainetta tai esimuottia, ja joka tunkeutuu tai reagoi muodostaen hapetusreaktiotuotteen. Varastolähdetä voidaan myös käyttää sellaisen metallin järjestämiseen, joka poikkeaa matriisimetallista."Stock source" or stock, as used herein, means a separate piece of parent metal or matrix metal 10 positioned relative to a filler mass or preform so that as the metal melts, it can flow to replace, or in some cases initially provide and subsequently supplement, the parent metal or matrix metal portion; or a source that contacts the filler or preform and that penetrates or reacts to form an oxidation reaction product. The stock source can also be used to provide a metal that is different from the matrix metal.

20 "Toinen tai vieras metalli" merkitsee tässä keraamimatrii-si-komposiittikappaleiden tai metallimatriisi-komposiit-tikappaleiden yhteydessä käytettynä mitä tahansa sopivaa metallia, metallien yhdistelmää, seoksia, metallien välisiä yhdisteitä, tai jonkun näistä lähdettä, joka on tai 25 jonka halutaan olevan muodostetun keraamimatriisi- tai metallimatriisi- komposiittikappaleen metallikomponentin osana perusmetallin hapettamattomien aineosien sijasta, niiden lisäksi tai yhdistelmänä niiden kanssa. Tämä määritelmä sisältää metallien väliset yhdisteet, seokset, 30 kiinteät liuokset tai vastaavat, joita on muodostunut perusmetallin ja toisen metallin välillä."Second or foreign metal" as used herein in connection with ceramic matrix composite bodies or metal matrix composite bodies means any suitable metal, combination of metals, alloys, intermetallic compounds, or a source of any of these that is or is desired to be formed into a ceramic matrix. - or as part of the metal component of a metal matrix composite body instead of, in addition to or in combination with the non-oxidizing components of the parent metal. This definition includes intermetallic compounds, mixtures, solid solutions or the like formed between a parent metal and another metal.

"Kiinteän faasin hapetin" tai "kiinteä hapetin" merkitsee tässä keraamimatriisi-komposiittikappaleiden yhteydessä 35 hapetinta, jossa osoitettu kiinteä aine on ainoana, määräävänä tai ainakin merkittävänä perus- tai edeltäjä-metallin hapettimena käytetyissä hapettavissa olosuhteis- li 29 91833 sa. Kun kiinteätä hapetinta käytetään perusmetallin ja täyteaineen yhteydessä, se tavallisesti dispergoituu koko täyteainepetiin tai siihen pdin osaan, jossa hapetusreak-tiotuote kasvaa, jolloin kiinteä hapetin esimerkiksi on 5 hiukkasia, jotka on sekoitettu täyteaineeseen, tai päällystettä täyteainehiukkasilla. Siten voidaan käyttää mitä tahansa sopivaa kiinteätä hapetinta, mukaan lukien alkuaineet, kuten boori tai hiili, tai pelkistyvät yhdisteet, kuten piidioksidi tai määrätyt boridit, joilla on pienempi 10 termodynaaminen stabiilisuus kuin perusmetallin boridi-reaktion tuloksella. Kun esimerkiksi booria tai pelkistyvää boridia käytetään kiinteänä hapettimena alumiinia olevalla perusmetallilla, niin tuloksena oleva hapetusreaktiotuote käsittää alumiiniboridin."Solid phase oxidant" or "solid oxidant" as used herein in connection with ceramic matrix composite bodies means 35 oxidants in which the indicated solid is the sole, predominant, or at least significant base or precursor metal oxidant used under the oxidizing conditions 29,91833 sa. When a solid oxidant is used in conjunction with a parent metal and a filler, it is usually dispersed throughout the filler bed or the portion of the pdin where the oxidation reaction product grows, with the solid oxidant having, for example, 5 particles mixed with the filler or a coating with filler particles. Thus, any suitable solid oxidant may be used, including elements such as boron or carbon, or reducing compounds such as silica or certain borides having less thermodynamic stability than the result of the boride reaction of the parent metal. For example, when boron or reducing boride is used as a solid oxidant with an aluminum parent metal, the resulting oxidation reaction product comprises aluminum boride.

1515

Eräissä tapauksissa voi perusmetallin hapetusreaktio kiinteällä hapettimella edetä niin nopeasti, että hapetusreaktiotuote pyrkii sulamaan prosessin lämpöä kehittävästä luonteesta johtuen. Tällainen tapahtuma voi huonontaa 20 keraamikappaleen mikrostruktuurin homogeenisuutta. Täl lainen nopea eksoterminen reaktio voidaan parantaa sekoittamalla kokoomukseen suhteellisen inerttiä täyteainetta, joka absorboi ylimääräisen lämmön. Esimerkkinä sellaisesa sopivasta inertistä täyteaineesta on sellainen, joka on 25 identtinen, tai oleellisesti identtinen aiotun hapetus-reaktiotuotteen kanssa.In some cases, the oxidation reaction of the parent metal with the solid oxidant may proceed so rapidly that the oxidation reaction product tends to melt due to the heat generating nature of the process. Such an event can impair the homogeneity of the microstructure of the 20 ceramic bodies. Such a rapid exothermic reaction can be enhanced by mixing in the composition a relatively inert filler that absorbs excess heat. An example of such a suitable inert filler is one that is identical or substantially identical to the intended oxidation reaction product.

"Spontaani tunkeutuminen" merkitsee tässä metallimatrii-si-komposiittikappaleiden yhteydessä käytettynä mat-30 riisimetallin tunkeutumista läpäisevään täyteainemassan tai esimuottiin, joka tapahtuu vaatimatta paineen tai tyhjön käyttämistä (ei ulkoisesti kohdistettua eikä sisäisesti kehitettyä)."Spontaneous infiltration," as used herein in connection with metal matrix-si composite bodies, means the infiltration of a permeable filler mass or preform into a matrix of rice metal that occurs without the use of pressure or vacuum (neither externally applied nor internally developed).

35 "Höyryfaasissa oleva hapetin" osoittaa tässä keraamimat-riisi-komposiittikappaleiden yhteydessä käytettynä, että .. hapetin sisältää tai käsittää määrättyä kaasua tai höyryä, 30 91833 ja merkitsee hapetinta, jossa osoitettu kaasu tai höyry on ainoana, määräävänä tai ainakin merkittävänä perus- tai edeltäjämetallin hapettimena käytetyissä hapettavissa olosuhteissa. Esimerkiksi, vaikka ilman pääosana on typpeä, 5 niin ilman happisisältö on perusmetallin ainoa hapetin, koska happi on huomattavasti voimakkaampi hapetin kuin typpi. Tämän johdosta ilma kuuluu "happea sisältävän kaasuhapettimen" määritelmän puitteisiin, muttei "typpeä sisältävän kaasuhapettimen” määritelmän puitteisiin (esi- 10 merkkinä "typpeä sisältävästä kaasuhapettimesta" on muok-kauskaasu, joka tyypillisesti sisältää noin 96 tilavuusprosenttia typpeä ja noin 4 tilavuusprosenttia vetyä), niin kuin näitä termejä patenttivaatimuksissa käytetään.35 "Vapor phase oxidant" as used herein in connection with ceramic-rice composite bodies indicates that .. the oxidant contains or comprises a specified gas or vapor, 30 91833 and denotes an oxidant in which the indicated gas or vapor is the sole, predominant or at least significant parent or precursor metal. under the oxidizing conditions used as the oxidant. For example, although nitrogen is the major component of air, the oxygen content of air is the only oxidant in the parent metal because oxygen is a much stronger oxidant than nitrogen. As a result, air falls within the definition of an "oxygen-containing gaseous oxidant" but not within the definition of a "nitrogen-containing gaseous oxidant" (for example, a "nitrogen-containing gaseous oxidant" is a process gas typically containing about 96% by volume nitrogen and about 4% by volume hydrogen). as these terms are used in the claims.

15 Seuraavat kuviot on järjestetty auttamaan keksinnön ymmärtämistä, mutta niitä ei ole tarkoitettu rajoittamaan keksinnön suoja-alaa. Samoja viitenumerolta on mahdollisuuksien mukaan käytetty kaikissa kuvioissa osoittamaan vastaavia osia. Piirustuksessa: 20The following figures are provided to aid in the understanding of the invention, but are not intended to limit the scope of the invention. The same reference numerals have been used, where possible, in all figures to indicate corresponding parts. In the drawing: 20

Kuvio 1 on kaaviollinen poikkileikkaus aineiden järjestelystä, jota käytetään esimerkin 1 mukaisen keraami-komposiittikappaleen tuottamiseksi; 25 Kuvio 2 on kaaviollinen poikkileikkaus aineiden järjestelystä, jota käytetään esimerkin 1 mukaisen metallimatriisi-komposiittikappaleen tuottamiseksi; ja 30 Kuvio 3 on mikrovalokuva 400-kertaisella suurennoksella esimerkin 1 mukaisesti muodostetun metallimat-riisi-komposiittikappaleen leikkauksesta.Figure 1 is a schematic cross-section of an arrangement of materials used to produce the ceramic composite body of Example 1; Figure 2 is a schematic cross-section of an arrangement of materials used to produce the metal matrix composite body of Example 1; and Figure 3 is a photomicrograph at 400x magnification of a section of a metal matrix rice composite body formed in accordance with Example 1.

Keraamin tai keraamisen komposiittikappaleen muodostami- 35 seksi, joka on hienonnettava esillä olevan keksinnön menetelmän mukaisesti (ts. muodostetaan täyteainetta tai esimuotti käytettäväksi metallimatriisi-komposiittikappa- li 31 91833 leiden muodostamisessa), perusmetalli (ts. kasvuseos), joka voi olla seostettua, kuten alempana tarkemmin selitetään, muodostetaan valanteeksi, harkoksi, tangoksi, levyksi tai vastaavaksi, ja asetetaan inertille pedille, 5 upokkaaseen tai muuhun tulenkestävään säiliöön. Perusmetalli voi käsittää yhden tai useampia kappaleita, valanteita tai vastaavia, ja se voidaan muotoilla sopivasti jollain soveltuvalla tavalla. Perusmetalli voidaan hapettaa seostusaineen yhteydessä (jota alempana yksityiskoh-10 taisemmin selitetään). Täyteaineen läpäisevä massa, tai edullisessa suoritusmuodossa, läpäisevä, muotoiltu esi-muotti (jota yksityiskohtaisemmin kuvataan alempana) valmistetaan niin, että sillä on ainakin yksi määritelty rajapinta ja että se on läpäisevää höyryfaasi-hapettimen 15 kannalta, kun sellaista höyryfaasi-hapetinta käytetään yksinään tai toisen hapettimen kanssa, ja niin että se on läpäisevää tunkeutuvan hapetusreaktiotuotteen kannalta, kun käytetään läpäisevää massaa, jolloin perusmetalli voidaan asettaa mainitun läpäisevän massan päälle. Vaih-20 toehtoisesti esimuotti sijoitetaan lähelle, ja edullisesti koskettamaan perusmetallin ainakin yhtä pintaa tai ainakin pinnan osaa, niin että ainakin osa esimuotin määritellystä rajapinnasta sijaitsee pääasiassa etäisyydellä, tai ulospäin olevalla etäisyydellä perusmetallin pinnasta. Edul-25 lisesti esimuotti koskettaa perusmetallin pinnan kanssa; mutta haluttaessa esimuotti voi olla osittain upotettuna, muttei kokonaan upotettuna sulaan metalliin. Täydellinen upottaminen katkaisisi tai sulkisi höyryfaasi-hapettimen pääsyn esimuottiin ja estäisi siten esimuotin sisällään 30 pitävän hapetusreaktiotuotteen oikean kehittymisen. Silloin kun höyryfaasi-hapetinta ei käytetä (ts. prosessissa ainoana hapettimena käytetty on kiinteä hapetin tai nestehapetin), niin esimuotin täydellisestä upottamisesta sulaan perusmetalliin muodostuu kuitenkin käyttökelpoinen 35 vaihtoehto. Hapetusreaktiotuotteen muodostumista esiintyy määritellyn rajapinnan suuntaan. Perusmetallin ja lä-.. päisevän massan tai esimuotin järjestely sijoitetaan „ 91833 32 sopivaan säiliöön, kuten veneeseen, joka on muodostettu alumiinioksidista tai valukelpoisesta tulenkestävästä aineesta, ja asetetaan uuniin. Uunin atmosfääri voi sisältää hapetinta sulan perusmetallin höyryfaasi-hapettumisen mah-5 dollistamiseksi. Uuni kuumennetaan sitten prosessi-olosuhteisiin. Lisäksi käytetään tyypillisesti sähkökuumennusta keksinnön yhteydessä käytettävän lämpötilan saavuttamiseksi. Tämän keksinnön yhteydessä käytettäväksi hyväksytään kuitenkin mikä tahansa kuumennusväline, joka voi aikaan-10 saada hapetusreaktion kasvattamisen ja matriisi-metallin sulattamisen, ja joka myöskään ei vaikuta haitallisesti.To form a ceramic or ceramic composite body that must be comminuted according to the method of the present invention (i.e., forming a filler or preform for use in forming a metal matrix composite body 31,91833), a parent metal (i.e., a growth alloy) that may be alloyed as below. will be explained in more detail, formed into an ingot, ingot, rod, plate or the like, and placed in an inert bed, 5 crucible or other refractory container. The parent metal may comprise one or more bodies, ingots, or the like, and may be suitably shaped in any suitable manner. The parent metal can be oxidized in conjunction with an alloying agent (described in more detail below). The permeable mass of filler, or in a preferred embodiment, a permeable, shaped preform (described in more detail below) is made to have at least one defined interface and to be permeable to the vapor phase oxidant 15 when used alone or in combination with another vapor phase oxidant. with an oxidant, and so that it is permeable to the penetrating oxidation reaction product when a permeable mass is used, whereby the parent metal can be placed on top of said permeable mass. Alternatively, the preform is placed proximally, and preferably in contact with at least one surface or at least a portion of the surface of the parent metal, such that at least a portion of the defined interface of the preform is located predominantly at, or outwardly spaced from, the parent metal surface. Preferably, the preform contacts the surface of the parent metal; but if desired, the preform may be partially immersed but not completely immersed in the molten metal. Complete immersion would cut off or block the entry of the vapor phase oxidant into the preform, thus preventing the proper development of the oxidation reaction product containing the preform. However, when a vapor phase oxidant is not used (i.e., the only oxidant used in the process is a solid oxidant or a liquid oxidant), complete immersion of the preform in the molten parent metal provides a useful alternative. Oxidation reaction product formation occurs in the direction of the defined interface. The arrangement of base metal and permeable mass or preform is placed in a suitable container, such as a boat formed of alumina or a castable refractory, and placed in an oven. The furnace atmosphere may contain an oxidant to allow vapor phase oxidation of the molten parent metal. The furnace is then heated to process conditions. In addition, electric heating is typically used to achieve the temperature used in connection with the invention. However, any heating means which can increase the oxidation reaction and melt the matrix metal and which does not adversely affect it is acceptable for use in the present invention.

Esimuotti, joka on käyttökelpoinen valmistettaessa kom-posiittikappaletta, kun ainakin yksi hapetin on höyryfaa-15 si-hapetin, on sellainen joka on riittävän huokoinen eli läpäisevä salliakseen höyryfaasi-hapettimen tunkeutumisen esimuottiin koskettamaan perusmetallia. Esimuotin tulisi myös olla itsetukeva ja riittävän läpäisevä, niin että se sallii hapetusreaktiotuotteen kehittymisen eli kasvamisen 20 matriisiksi esimuotissa häiritsemättä, haittaamatta tai muutoin muuttamatta oleellisesti esimuotin rakennetta tai geometriaa.A preform useful in making a composite body when at least one oxidant is a vapor phase 15 oxidant is one that is sufficiently porous, i.e., permeable, to allow the vapor phase oxidant to penetrate the preform to contact the parent metal. The preform should also be self-supporting and sufficiently permeable to allow the oxidation reaction product to develop, i.e., grow into a matrix in the preform without disturbing, interfering with or otherwise substantially altering the structure or geometry of the preform.

Voidaan käyttää kiinteätä, neste- tai höyryfaasi-hapetinta 25 tai sellaisten hapettimien yhdistelmää. Sellaisten tyypillisiin hapettimiin kuuluvat esimerkiksi, ilman rajoituksia, happi, typpi halogeeni, rikki, fosfori, arsenikki, hiili, boori, seleeni, tellurium, ja/tai näiden yhdisteitä ja yhdistelmiä, esimerkiksi piidioksidi (hapen lähde), 30 metaani, etaani, propaani, asetyleeni, eteeni, propeeni (hiilen lähteinä), ja seokset, kuten ilma, H2/H2O ja CO/CO2 (hapen lähde), jolloin kaksi viimeksi mainittua (ts. H2/H2O ja CO/CO2) ovat hyödyllisiä vähennettäessä ympäristön happiaktiivisuutta. Vastaavasti voi hapetusreaktiotuote 35 käsittää yhtä tai useampia seuraavista: alumiinioksidi, alumiininitridi, piikarbidit, piiboridi, alumiiniboridi, titaaninitridi, zirkoniumnitridi, titaaniboridi, zir- 33 91833 koniumboridi, titaanikarbidi, zirkoniumkarbidi, piinitri-di, hafniumboridi ja tinaoksidi. Vaikka hapetusreaktioa tavallisesti selitetään höyryfaasi-hapetinta käyttäen, joko yksinään tai toisen hapettimen kanssa, joka on kiinteä 5 aine tai neste prosessin olosuhteissa, on ymmärrettävä ettei välttämättä ole käytettävä höyryfaasi-hapetinta keraamimatriisi-komposiittikappaleen tuottamiseksi. Silloin kun höyryfaasi-hapetinta ei käytetä ja käytetään kiinteätä ainetta tai nestettä prosessin olosuhteissa 10 olevaa hapetinta, ei esimuotin tarvitse olla ympäröivää atmosfääriä läpäisevää. Esimuotin tulisi kuitenkin edelleen olla riittävän läpäisevää mahdollistamaan hapetus-reaktiotuotteen muodostuminen eli kasvaminen matriisina esimuotin puitteissa häritsemättä, kumoamatta tai muutoin 15 muuttamatta oleellisesti esimuotin takennetta tai geometriaa.A solid, liquid or vapor phase oxidant 25 or a combination of such oxidants may be used. Typical oxidants include, without limitation, oxygen, nitrogen, halogen, sulfur, phosphorus, arsenic, carbon, boron, selenium, tellurium, and / or compounds and combinations thereof, e.g., silica (oxygen source), methane, ethane, propane, acetylene, ethylene, propylene (as carbon sources), and mixtures such as air, H2 / H2O, and CO / CO2 (oxygen source), the latter two (i.e., H2 / H2O and CO / CO2) being useful in reducing ambient oxygen activity. Accordingly, the oxidation reaction product 35 may comprise one or more of the following: alumina, aluminum nitride, silicon carbides, silicon boride, aluminum boride, titanium nitride, zirconium nitride, titanium boride, zirconium boride, titanium carbide, zirconium carbide, silicon triide. Although the oxidation reaction is usually explained using a vapor phase oxidant, either alone or with another oxidant which is a solid or a liquid under process conditions, it is to be understood that a vapor phase oxidant need not necessarily be used to produce the ceramic matrix composite body. When a vapor phase oxidant is not used and a solid or liquid oxidant under process conditions 10 is used, the preform need not be permeable to the ambient atmosphere. However, the preform should still be sufficiently permeable to allow the oxidation reaction product to form, i.e., grow as a matrix within the preform without disturbing, reversing, or otherwise substantially altering the preform or geometry of the preform.

Kiinteiden tai nestehapettimien käyttäminen voi luoda esimuottiin ympäristön, joka on edullisempi perusmetallin 20 hapettumiskinetiikalle kuin esimuotin ulkopuolella oleva ympäristö. Tämä parannettu ympäristö on hyödyllinen edistäen matriisin kehittymistä esimuotissa rajoille saakka ja minimoiden liiallista kasvua. Kiinteätä hapetinta käytettäessä se voi olla dispergoituneena koko esimuottiin tai 25 esimuotin osaan perusmetallin lähelle, kuten hiukkasmuo-dossa ja sekoitettuna esimuottiin, tai sitä voidaan käyttää esimuotin muodostavien hiukkasten päällysteenä. Sopivat kiinteät hapettimet voivat käsittää sopivia alkuaineita, kuten boori tai hiili, tai pelkistyviä yhdisteitä, kuten 30 piidioksidi (hapen lähteenä) tai määrätyt boridit, joilla on pienempi termodynaaminen stabiilisuus kuin perusmetallin boridireaktion tuloksella.The use of solid or liquid oxidants can create an environment in the preform that is more favorable to the oxidation kinetics of the parent metal than the environment outside the preform. This improved environment is useful in promoting matrix development in the preform to the limits and minimizing excessive growth. When a solid oxidant is used, it may be dispersed in the entire preform or a portion of the preform near the parent metal, such as in a particle form and mixed with the preform, or it may be used as a coating on the preform-forming particles. Suitable solid oxidants may comprise suitable elements, such as boron or carbon, or reducing compounds, such as silica (as a source of oxygen) or certain borides, which have less thermodynamic stability than the result of the boride reaction of the parent metal.

Jos käytetään nestehapetinta, se voidaan dispergoida koko 35 esimuottiin tai esimuotin osaan sulan perusmetallin lähelle. Viittaus nestehapettimeen merkitsee sellaista, joka on .. nesteenä hapetusreaktion olosuhteissa, ja siten nesteha- 34 91833 pettimella voi olla kiinteä edeltäjä, kuten suola, joka sulaa hapetusreaktion olosuhteissa. Vaihtoehtoisesti nes-tehapettimella voi olla nestemäinen edeltäjä (esim. aineen liuos), jota käytetään esimuotin huokoisten pintojen tai 5 niiden osan päällystämiseksi, ja joka sulaa tai hajoaa hapetusreaktion olosuhteissa tuottaen sopivan hapettimen osuuden. Esimerkkejä tässä määritellyistä nestehapettimis-ta sisältävät alhaisissa lämpötiloissa sulvia laseja.If a liquid oxidant is used, it can be dispersed throughout the preform or a portion of the preform near the molten parent metal. Reference to a liquid oxidant means one that is .. a liquid under the conditions of the oxidation reaction, and thus the liquid oxidizer may have a solid precursor, such as a salt, that melts under the conditions of the oxidation reaction. Alternatively, the liquid oxidant may have a liquid precursor (e.g., a solution of the agent) used to coat the porous surfaces of the preform or a portion thereof, and which melts or decomposes under the conditions of the oxidation reaction to produce a suitable proportion of oxidant. Examples of liquid oxidation as defined herein include low melting glasses.

10 Kuten mainituissa patenttihakemuksissamme ja patent is samme selitetään, seostusaineiden lisääminen esimerkiksi alumiinia olevan perusmetallin yhteydessä voi suotuisasti edistää hapetusreaktioprosessia. Seostusaineen vaikutus tai vaikutukset voi riippua monista tekijöistä itse seostusaineen 15 lisäksi. Näihin tekijöihin kuuluvat esimerkiksi toivottu lopputuote, seostusaineiden määrätty yhdistelmä käytettäessä kahta tai useampaa seostusainetta, ulkoisesti lisättyjen seostusaineiden käyttäminen seostettujen seostusaineiden kanssa, seostusaineen (-aineiden) väkevyys, 20 hapettava ympäristö, sekä prosessin olosuhteet.As explained in our said patent applications and patents, the addition of dopants, for example in the case of an aluminum parent metal, can advantageously promote the oxidation reaction process. The effect or effects of the dopant may depend on many factors in addition to the dopant 15 itself. These factors include, for example, the desired end product, the particular combination of dopants using two or more dopants, the use of externally added dopants with the dopants, the concentration of the dopant (s), the oxidizing environment, and the process conditions.

Perusmetallin yhteydessä käytettävä seostusaine tai -aineet voidaan 1) järjestää perusmetallin seostaviksi aineosiksi, 2) levittää ainakin perusmetallin pinnan osalle, 25 esimerkiksi suihkuttamalla päällysteeksi tai maalaamalla, 3) lisätä täyteaineeseen, tai voidaan käyttää mitä tahansa menetelmien 1), 2) ja 3) yhdistelmää. Seostettua seosThe alloying agent or agents used in connection with the parent metal may be 1) arranged as alloying elements of the parent metal, 2) applied to at least a portion of the parent metal surface, e.g. by spraying or painting, 3) added to a filler, or any combination of methods 1), 2) and 3) . Doped mixture

tusainetta voidaan esimerkiksi käyttää ulkoisesti levitetyn seostusaineen kanssa. Seostusaineen lähde voidaan 30 järjestää joko sijoittamalla seostusainejauhetta tai kiinteä seostusainekappale koskettamaan ainakin osaa perusmetallin pinnasta. Ohut piitä sisältävä lasilevy voidaan esimerkiksi asettaa alumiinia olevan perusmetallin pinnalle. Kun alumiinia oleva perusmetalli (joka sisäisesti voi 35 olla seostettu magnesiumilla) päällystettynä piitä sisältävällä aineella kuumennetaan hapettavassa ympäristössä (esim. jos kyseessä on alumiini ilmassa, noin 850°C - 1450°Cfor example, the dopant may be used with an externally applied dopant. The dopant source may be provided by either placing the dopant powder or a solid dopant body in contact with at least a portion of the parent metal surface. For example, a thin glass plate containing silicon can be placed on the surface of an aluminum parent metal. When an aluminum parent metal (which may be internally doped with magnesium) coated with a silicon-containing material is heated in an oxidizing environment (e.g., in the case of aluminum in air, about 850 ° C to 1450 ° C

li 35 91833 lämpötilaan, edullisesti noin 900°C - 1350°C lämpötilaan), esiintyy monikiteisen keraamiaineen kasvua. Siinä tapauksessa, että seostusainetta levitetään ulkoisesti ainakin osalle alumiinia olevan perusmetallin pintaa, monikiteinen 5 alumiinioksidistruktuuri yleensä kasvaa oleellisesti seostusainekerroksen ohi (ts. syvemmälle kuin levitetty seostusainekerros). Joka tapauksessa voidaan ulkoisesti levittää perusmetallin pinnalle yhtä tai useampaa seostusainetta. Lisäksi voidaan mahdollisia perusmetalliin 10 seostettujen seostusaineiden väkevyysvirheitä korjata vastaavan seostusaineen (-aineiden) lisäväkevyydellä, joka levitetään perusmetallin ulkopuolisesta.to 35,91833, preferably about 900 ° C to 1350 ° C), growth of the polycrystalline ceramic occurs. In the case where the dopant is applied externally to at least a portion of the surface of the aluminum parent metal, the polycrystalline alumina structure generally grows substantially past the dopant layer (i.e., deeper than the applied dopant layer). In any case, one or more dopants may be applied externally to the surface of the parent metal. In addition, any concentration errors of the dopants doped with the parent metal 10 can be corrected by the additional concentration of the corresponding dopant (s) applied from outside the parent metal.

Alumiinia olevan perusmetallin käyttökepoisia seostusai-15 neita, erityisesti ilman ollessa hapettimena, ovat esimerkiksi magnesium, sinkki ja pii, yhdistelmänä toistensa kanssa tai yhdessä muiden alempana mainittujen seostusaineiden kanssa. Nämä metallit, tai metallien sopiva lähde, voidaan seostaa alumiiniin perustuvaan perusmetalliin, 20 jokaisen väkevyyden ollessa noin 0,1 - 10 painoprosenttia tuloksena olevan seostetun metallin kokonaispainosta. Kunkin seostusaineen väkevyysalue riippuu sellaisista tekijöistä, kuten seostusaineiden yhdistelmästä ja prosessin lämpötilasta.Suitable dopants for the aluminum parent metal, especially when air is the oxidant, include, for example, magnesium, zinc and silicon, in combination with each other or in combination with the other dopants mentioned below. These metals, or a suitable source of metals, can be alloyed with an aluminum-based parent metal, each concentration being about 0.1 to 10% by weight of the total weight of the resulting alloyed metal. The concentration range of each dopant depends on such factors as the combination of dopants and the process temperature.

2525

Muita sellaisia seostusaineita, jotka ovat tehokkaita edistäen alumiinioksidi-monikiteisten hapetusreaktiotuot-teiden kasvua alumiini-perusmetallijärjestelmillä, ovat esimerkiksi germanium, tina ja lyijy, erityisesti käytet-30 tynä magnesiumin kanssa. Yhtä tai useampia tällaisia muita seostusaineita tai niiden sopivia lähteitä seostetaan alumiinia olevaan perusmetallijärjestelmään, jokaisen väkevyyden ollessa noin 0,5 - 15 painoprosenttia kokonais-seoksesta; toivottavampi kasvukinetiikka ja kasvun morfo-35 logia saavutetaan kuitenkin seostusaineiden väkevyyksien ollessa alueella noin 1-10 painoprosenttia perusmetal-*: liseoksen kokonaispainosta. Seostusaineena oleva lyijy 36 91833 seostetaan yleensä alumiiniin perustuvaan perusmetalliin ainakin 1000°C lämpötilassa, jotta kompensoitaisiin sen alhaista liukenevuutta alumiiniin; muiden seostusaineiden, kuten tinan lisääminen lisää yleensä lyijyn liukenevuutta 5 ja sallii seostusaineiden lisäämisen alemmassa lämpötilassa.Other alloying agents that are effective in promoting the growth of alumina polycrystalline oxidation reaction products with aluminum parent metal systems include, for example, germanium, tin, and lead, especially when used with magnesium. One or more such other dopants, or suitable sources thereof, are doped into an aluminum parent metal system, each concentration being about 0.5 to 15 weight percent of the total alloy; however, more desirable growth kinetics and growth morphology are achieved with dopant concentrations in the range of about 1-10% by weight of the total weight of the parent metal alloy. The alloying lead 36 91833 is generally alloyed with an aluminum-based parent metal at a temperature of at least 1000 ° C to compensate for its low solubility in aluminum; the addition of other dopants, such as tin, generally increases the solubility of lead 5 and allows the addition of dopants at lower temperatures.

Kun perusmetallina on alumiini ja hapettimena ilma, kuuluvat erityisen käyttökelpoisiin seostusaineiden yhdis-10 telmiin a) magnesium ja pii, b) magnesium, sinkki ja pii. Sellaisissa esimerkeissä magnesiumin edullinen väkevyys osuu alueelle noin 0,1 - 3 painoprosenttia, sinkillä alueelle noin 1-6 painoprosenttia ja piille alueelle noin 1-10 painoprosenttia.When the base metal is aluminum and the oxidant is air, particularly useful dopant combinations include a) magnesium and silicon, b) magnesium, zinc and silicon. In such examples, the preferred concentration of magnesium is in the range of about 0.1 to 3 weight percent, for zinc in the range of about 1 to 6 weight percent, and for silicon in the range of about 1 to 10 weight percent.

1515

Muita alumiinia olevan perusmetallin yhteydessä käyttökelpoisten seostusaineiden esimerkkejä ovat natrium ja litium, joita on käytettävä yksilöllisesti tai yhdistelmänä yhden tai useamman muun seostusaineen kanssa, riippuen prosessin 20 olosuhteista. Natriumia ja litiumia voidaan käyttää hyvin pieninä määrinä (miljoonasosa- eli ppm-alueella, tyypillisesti noin 100 - 200 ppm), ja molempia voidaan käyttää erikseen tai yhdessä tai toisen seostusaineen (muiden seostusaineiden) kanssa. Kalsium, boori, fosfori, yttrium, 25 ja harvinaiset maametalli-alkuaineet, kuten cerium, lantaani, praseodyymi, neodyymi, ja samarium ovat myös käyttökelpoisia seostusaineita, ja tässä merkityksessä taas käytettyinä yhdessä muiden seostusaineiden kanssa.Other examples of dopants useful in connection with the aluminum parent metal include sodium and lithium, which must be used individually or in combination with one or more other dopants, depending on the conditions of the process. Sodium and lithium can be used in very small amounts (in the range of parts per million, or ppm, typically about 100 to 200 ppm), and both can be used alone or in combination with another dopant (s). Calcium, boron, phosphorus, yttrium, and rare earth elements such as cerium, lanthanum, praseodymium, neodymium, and samarium are also useful dopants, and in this sense again used in conjunction with other dopants.

30 Ulkoisesti käytettyinä seostusaineet yleensä levitetään perusmetallin pinnan osalle tasaisena päällystyksenä. Seostusaineen määrä vaikuttaa suurella alueella suhteessa perusmetallin määrään, jolle sitä levitetään, ja alumiinin tapauksessa eivät kokeet ole osoittaneet mitään toiminnal-35 lista ylempää tai alempaa rajaa. Käytettäessä esimerkiksi piitä piidioksidin muodossa ulkoisesti levitettynä seos-tusaineena alumiinipohjäiselle perusmetallille, käyttäen li 37 91 833 ilmaa tai happea hapettimena, on monikiteisen keraamisen kasvuilmiön tuottamiseksi käytetty niinkin pieniä määriä kuin 0,00003 g piitä perusmetallin grammaa kohti, tai noin 0,0001 g piitä paljaan perusmetallin neliösenttimetriä 5 kohden, yhdessä toisen, magnesiumia olevan seostusaineläh-teen kanssa. On myös havaittu, että voidaan aikaansaada keraaminen rakenne alumiini-pii seosta olevalla perusmetallilla käyttäen happea hapettimena ja käyttäen MgOita seostusaineena määränä, joka ylittää noin 0,0008 g Mg 10 hapetettavan perusmetallin grammaa kohden, ja joka ylittää 0,003 g Mg perusmetallin pinnan neliösenttimetriä kohden, jolle MgO levitetään.When applied externally, alloying agents are generally applied to a portion of the parent metal surface as a uniform coating. The amount of dopant affects a large range in relation to the amount of parent metal to which it is applied, and in the case of aluminum, experiments have not shown any upper or lower functional limit. For example, when silicon in the form of silica is used as an externally applied dopant for an aluminum-based parent metal, using li 37 91 833 air or oxygen as an oxidant, amounts as low as 0.00003 g of silicon per gram of parent metal, or about 0.0001 g of silicon bare, have been used to produce the polycrystalline per square centimeter of parent metal, together with another source of magnesium dopant. It has also been found that a ceramic structure can be provided with an aluminum-silicon alloy parent metal using oxygen as an oxidant and using MgO as an alloying agent in an amount exceeding about 0.0008 g Mg per gram of oxidizable parent metal and exceeding 0.003 g Mg per square centimeter of parent metal surface. MgO is applied.

Silloin kun perusmetallina on alumiini, joka sisäisesti on 15 seostettu magnesiumilla, ja hapettavana väliaineena on ilma eli happi, on havaittu, että magnesium ainakin osittain hapettuu seoksesta lämpötiloissa, jotka ovat välillä noin 820 - 950°C. Sellaisten magnesiumilla seostetujen järjestelmien tapauksissa magnesium muodostaa magnesiumoksidin 20 ja/tai magnesiumaluminaatti-spinelli-faasin sulan alumiiniseoksen pinnalla ja kasvuprosessin aikana sellaiset magnesiumyhdisteet pysyvät pääasiassa perusmetalliseoksen alkuperäisessä oksidipinnassa (esim. "aloituspinta") kasvatetussa keraamistruktuurissa. Sellaisilla magnesiumse-25 ostetuilla järjestelmillä aikaansaadaan siten alumiinioksidiin perustuva struktuuri aloituspinnssa olevan suhteellisen ohuen magnesiumaluminaatti-spinelli-kerrok-sen lisäksi. Haluttaessa tämä aloituspinta voidaan helposti poistaa esimerkiksi hiomalla, koneistamalla, kiillottamal-30 la ja hiekkapuhaltamalla ennen monikiteisen keraamituot-teen käyttämistä.When the parent metal is aluminum internally doped with magnesium and the oxidizing medium is air, i.e. oxygen, it has been found that magnesium is at least partially oxidized from the alloy at temperatures between about 820 and 950 ° C. In the case of such magnesium alloyed systems, magnesium forms a magnesium oxide 20 and / or a magnesium aluminate-Spinelli phase on the surface of the molten aluminum alloy and during the growth process such magnesium compounds remain mainly in the original oxide surface of the parent alloy (e.g. "starting surface"). Such purchased systems of magnesium se 25 thus provide an alumina-based structure in addition to the relatively thin layer of magnesium aluminate Spinelli on the starting surface. If desired, this starting surface can be easily removed, for example, by grinding, machining, polishing and sandblasting before using the polycrystalline ceramic product.

Keksinnön vaihtoehtoisessa suoritusmuodossa voidaan ottaa käyttöön erilainen höyryfaasi-hapetin monikiteisen hape-35 tusreaktiotuotteen kasvattamisen aikana. Tässä yhteydessä "erilainen" tulisi ymmärtää siten, että sillä on sellainen ·; koostumus, joka kemiallisesti poikkeaa alkuperäisestä „ 91833 38 höyry- (tai kiinteän) faasihapettimesta. Siten toinen hapetusreaktiotuote, joka muodostuu "erilaisella" höyry-faasi-hapettimella, johtaa kahden keraamikappaleen tai faasin muodostumiseen, jotka kiinteästi liittyvät toisiin-5 sa, ja joilla on asteittain muuttuvat ominaisuudet (esim. ensimmäiseksi muodostuneen keraamisen komposiittikappa-leen päälle voi muodostua toinen kerros).In an alternative embodiment of the invention, a different vapor phase oxidant may be introduced during the growth of the polycrystalline oxidation reaction product. In this context, "different" should be understood as having such ·; a composition chemically different from the original „91833 38 vapor (or solid) phase oxidant. Thus, a second oxidation reaction product formed with a "different" vapor phase oxidant results in the formation of two ceramic bodies or phases which are inextricably linked to each other and which have progressively changing properties (e.g. a second layer may form on top of the first ceramic composite body). ).

Toisessa suoritusmuodossa keraaminen komposiittikappale 10 muodostetaan ensin täydellisesti, ja sen jälkeen täydellisesti muodostettu keraaminen komposiittikappale altistetaan hapettimelle, edullisesti "erilaiselle" hapettimel-le kuin mitä käytettiin sen hapetusreaktiotuotteen muodostamiseksi, joka toimii ympäröidyn täyteaineen mat-15 riisinä keraamisessa komposiittikappaleessa. Tässä vaihtoehtoisessa suoritusmuodossa jäännöksenä oleva yhdistetty perusmetalli keraamisessa komposiittikappaleessa imeytyy kohti ainakin yhtä keraamisen komposiittikappaleen pintaa ja se johdetaan reagoimaan "erilaisen" hapettimen kanssa, 20 jolloin muodostuu erilainen hapetusreaktiotuote ensimmäiseksi muodostetun hapetusreaktiotuotteen muodostamalle alustalle.In another embodiment, the ceramic composite body 10 is first completely formed, and then the fully formed ceramic composite body is exposed to an oxidant, preferably a "different" oxidant than that used to form the oxidation reaction product that acts as a matrix of surrounded filler in the ceramic composite body. In this alternative embodiment, the residual composite parent metal in the ceramic composite body is absorbed toward at least one surface of the ceramic composite body and is reacted with a "different" oxidant to form a different oxidation reaction product on the substrate formed by the first formed oxidation reaction product.

Keksinnön eräässä toisessa suoritusmuodossa keraamisen 25 komposiittikappaleen metallia olevaa aineosaa voidaan räätälöidä muuttamalla sen koostumusta. Tarkemmin ottaen voidaan esimerkiksi toista metallia seostaa tai diffundoida perusmetalliin esimerkiksi hapetusreaktiotuotteen kasvattamisen aikana perusmetallin koostumuksen, ja siten me-30 kaanisten, sähköisten ja/tai kemiallisten ominaisuuksien edullista muuttamista varten.In another embodiment of the invention, the metal component of the ceramic composite body 25 can be customized by changing its composition. More specifically, for example, another metal may be alloyed or diffused into the parent metal, for example during the growth of the oxidation reaction product, to advantageously alter the composition of the parent metal, and thus the mechanical, electrical and / or chemical properties.

Muotoillun keraamisen komposiittikappaleen muodostamisen avustamiseksi voidaan käyttää estovälinettä täyteaineen 35 tai esimuotin yhteydessä. Tarkemmin ottaen tämän keksinnön yhteydessä käyttökelpoinen estoväline voi olla mikä tahansa väline, joka häiritsee, estää tai lopettaa hapetusreak- li 39 91833 tiotuotteen kasvamisen tai kehittymisen* Sopivat estovä-lineet voivat olla mitä tahansa ainetta, yhdistettä, alkuainetta, koostumusta tai vastaavaa, joka prosessin olosuhteissa ylläpitää jonkinasteisen eheyden, ei ole 5 haihtuvaa, ja edullisesti höyryfaasi-hapetinta läpäisevää, mikäli käytetään höyryfaasi-hapetinta, samalla kun se pystyy paikallisesti estämään, myrkyttämään, pysäyttämään, häiritsemään jne, hapetusreaktiotuotten jatkuvan kasvun.To assist in the formation of the shaped ceramic composite body, a barrier means may be used in conjunction with the filler 35 or preform. More specifically, the inhibitory means useful in the present invention may be any means that interferes with, inhibits, or terminates the growth or development of the oxidation reaction. * Suitable inhibitory means may be any substance, compound, element, composition, or the like which under process conditions maintains some degree of integrity, is not volatile, and is preferably permeable to the vapor phase oxidant if a vapor phase oxidant is used, while being capable of locally preventing, poisoning, arresting, interfering, etc., the continued growth of oxidation reaction products.

10 Vaikuttaa siltä, että eräs estovälineiden luokka on se luokka aineita, jota siirtynyt perusmetalli ei mahdollisesti pysty kostuttamaan. Tämän tyyppisellä estoaineella näyttää olevan vähän tai ei lainkaan affiniteettia sulaan metalliin, ja kasvu lopetetaan tai estetään estovälineellä.10 It appears that one category of barrier means is the category of substances which the transferred parent metal may not be able to moisten. This type of inhibitor appears to have little or no affinity for the molten metal, and growth is stopped or inhibited by the inhibitor.

15 Muut estoaineet pyrkivät reagoimaan siirtyneen perusmetallin kanssa estäen kasvun jatkumisen joko liukenemalla siirtyneeseen metalliin tai laimentamalla sitä erittäin paljon tai muodostamalla kiinteitä reaktiotuotteita (esim. metallien välisiä yhdisteitä, jotka haittaavat sulan 20 metallin siirtymisprosessia). Tämän tyyppinen estoaine voi olla metallia tai metalliseosta, mukaan lukien niiden mahdolliset sopivat edeltäjät, kuten oksidi tai pelkistyvä metalliyhdiste, tai tiivistä keraamista ainetta. Kasvun estämisen tai haittaamisen luonteesta johtuen tämän tapai-25 sella estoaineella voi kasvu ulottua jonkin verran esto-aineen ohi ennen kuin kasvu loppuu. Esitoaine vähentää kuitenkin mahdollista loppukoneistusta ja hiomista, jota saatetaan tarvita muodostuneella hapetusreaktiotuottella. Kuten edellä mainittiin, tulisi estoaineen mieluummin olla 30 läpäisevää tai huokoista, ja käytettäessä kiinteätä, läpäisemätöntä seinää, estoaineen tulisi olla avoin ainakin yhdessä vyöhykkeessä tai toisessa tai molemmissa päissä, niin että höyryfaasi-hapetin voi koskettaa sulaa perusmetallia.15 Other inhibitors tend to react with the transferred parent metal to prevent continued growth, either by dissolving or diluting the transferred metal very much or by forming solid reaction products (e.g., intermetallic compounds that interfere with the molten metal transition process). The inhibitor of this type may be a metal or an alloy, including any suitable precursors thereof, such as an oxide or a reducing metal compound, or a dense ceramic. Due to the nature of inhibiting or inhibiting growth with this Tapai-25 inhibitor, growth may extend somewhat past the inhibitor before growth ceases. However, the precursor reduces the potential for final machining and grinding that may be required with the oxidation reaction product formed. As mentioned above, the barrier agent should preferably be permeable or porous, and when using a solid, impermeable wall, the barrier agent should be open in at least one zone or at one or both ends so that the vapor phase oxidant can contact the molten parent metal.

3535

Sopivia estoaineita, jotka ovat erityisen käyttökelpoisia tässä keksinnössä käytettäessä alumiinia olevia perusme- 91833 40 talleja ja käyttäen ilmaa hapettimena, ovat kalsiumsulfaatti, kalsiumsilikaatti, ja trikalsiumfosfaatti. Nämä estoaineet näyttävät paikallisesti reagoivan kehittyvän hapetusreaktiotuotteen kanssa muodostaen läpäisemättömän 5 kalsiumaluminaattikerroksen, joka paikallisesti lopettaa hapetusreaktiotuotteen enemmän kasvun. Sellaisia estoai-neita voidaan tyypillisesti levittää lietteenä tai tahnana näille täyteainepedin pinnoille, joka edullisesti on ennalta muotoiltu esimuotiksi. Estoväline voi myös sisältää 10 sopivaa palavaa tai haihtuvaa ainetta, joka poistetaan kuumennettaessa, tai sellaista ainetta joka hajoaa kuumennettaessa, niin että lisätään estovälineen huokoisuutta ja 1 sopivaa palavaa tai haihtuvaa ainetta, joka poistetaan kuumennettaessa, tai sellaista ainetta joka hajoaa kuumen-15 nettaessa, niin että lisätään estovälineen huokoisuutta ja läpäisevyyttä. Lisäksi estoväline voi sisältää sopivaa tulenkestävää hiukkasainetta mahdollisen kutistumisen tai halkeilemisen vähentämiseksi, jota muutoin saattaisi tapahtua prosessin aikana. Sellainen hiukkasaine on erityisen 20 toivottava, jolla on oleellisesti sama laajenemiskerroin kuin täyteainepedillä. Jos esimerkiksi esimuotti käsittää alumiinioksidia ja tuloksena oleva keraami käsittää alumiinioksidia, voidaan estoainetta sekoittaa alumiinioksi-dihiukkasaineeseen, jolla mieluummin on mesh-koko noin 20 25 - 1000 (mesh = seulan aukkojen lukumäärä tuumaa kohti).Suitable inhibitors that are particularly useful in this invention when using aluminum base metals and using air as the oxidant include calcium sulfate, calcium silicate, and tricalcium phosphate. These inhibitors appear to react locally with the evolving oxidation reaction product to form an impermeable layer of calcium aluminate that locally stops more growth of the oxidation reaction product. Such inhibitors can typically be applied as a slurry or paste to these surfaces of the filler bed, which is preferably preformed into a preform. The barrier means may also contain 10 suitable combustible or volatile substances which are removed on heating, or a substance which decomposes on heating, so as to increase the porosity of the barrier means and 1 suitable combustible or volatile substance which is removed on heating, or a substance which decomposes on heating, that increasing the porosity and permeability of the barrier means. In addition, the barrier means may contain a suitable refractory particulate material to reduce any shrinkage or cracking that might otherwise occur during the process. Such a particulate material is particularly desirable having substantially the same coefficient of expansion as the bed of filler. For example, if the preform comprises alumina and the resulting ceramic comprises alumina, the blocking agent may be mixed with an alumina dihydrogen, preferably having a mesh size of about 20 to 1000 (mesh = number of screen openings per inch).

Alumiinioksidihiukkasaine voidaan sekoittaa esimerkiksi kasliumsulgaattiin suhteessa, joka on alueella noin 10:1 ... 1:10, edullisen suhteen ollessa noin 1:1. Eräässä keksinnön suoritusmuodossa estoväline sisältää kalsiumsul-30 faatin (ts. kipsilaastia ja Portland-sementtiä. Portland-sementti voidaan sekoittaa kipsilaastiin suhteessa 10:1 ... 1:10, Portland-sementin ja kipsilaastin edullisen suhteen ollessa noin 1:3. Haluttaessa estoaineena voidaan myös käyttää pelkästään Portland-sementtiä).The alumina particulate material may be mixed with, for example, potassium sulphate in a ratio ranging from about 10: 1 to 1:10, with a preferred ratio of about 1: 1. In one embodiment of the invention, the barrier means comprises calcium sulphate (i.e. gypsum mortar and Portland cement. Portland cement may be mixed with gypsum mortar in a ratio of 10: 1 to 1:10, with a preferred ratio of Portland cement to gypsum mortar of about 1: 3. Portland cement alone can also be used).

3535

Toinen suoritusmuoto, käytettäessä alumiinia olevaa perusmetallia ja ilmaa hapettimena, käsittää piidioksidin kanssa ., 91833 41 stökiometrisessä määrin sekoitetun kipsilaastin käyttämisen estoaineena, mutta kipsilaastia voi myös olla ylimäärä. Käsittelynä aikana kipsilaasti ja piidioksidi reagoivat muodostaen kalsiumsilikaattia, joka johtaa erityisen hyö-5 dylliseen estoaineeseen, joka on oleellisesti särötöntä. Eräässä toisessa suoritusmuodossa kipsilaasti sekoitetaan noin 25-40 painoprosenttiin kalsiumkarbonaattia. Kuumennettaessa kalsiumkarbonaatti hajoaa ja siitä lähtee hiilidioksidia, joka lisää estovälineen huokoisuutta.Another embodiment, using an aluminum parent metal and air as the oxidant, involves the use of a stoichiometrically mixed gypsum plaster as a barrier, but there may also be an excess of gypsum. During the treatment, the gypsum and silica react to form calcium silicate, which results in a particularly useful inhibitor which is substantially free of cracks. In another embodiment, the gypsum mortar is mixed with about 25 to 40 weight percent calcium carbonate. When heated, the calcium carbonate decomposes and emits carbon dioxide, which increases the porosity of the barrier.

1010

Muita erityisen käyttökelpoisia estoaineita alumiinipoh-jaisille perusmetallijärjestelmille ovat rautapitoiset aineet (esim. astia ruostumattomasta teräksestä), kromioksidi ja muut tulenkestävät oksidit, joita voidaan käyttää 15 täyteainepedin päälle asetettuna seinämänä tai astiana, tai täyteainepedin pinnan kerroksena. Muita estoaineita ovat tiiviit, sintratut tai sulatetut keraamit, kuten alumiinioksidi. Nämä estoaineet ovat tavallisesti läpäisemättömiä, ja siksi ne valmistetaan erityisesti niin, 20 että ne joko mahdollistavat huokoisuuden tai vaativat avoimen leikkauksen, kuten avoimen pään. Estoväline voi muodostaa hauraan tuotteen reaktion olosuhteissa ja se voidaan poistaa esimerkiksi hiomalla, keraamikappaleen talteenottamiseksi.Other particularly useful inhibitors for aluminum-based parent metal systems include ferrous materials (e.g., a stainless steel vessel), chromium oxide, and other refractory oxides that can be used as a wall or vessel over a filler bed or as a surface layer for a filler bed. Other inhibitors include dense, sintered or fused ceramics such as alumina. These inhibitors are usually impermeable and are therefore specifically made to either allow porosity or require an open cut, such as an open end. The blocking means may form a brittle product under the reaction conditions and may be removed, for example, by grinding, to recover the ceramic body.

2525

Estoväline voidaan valmistaa tai tuottaa missä tahansa sopivassa muodossa ja koossa, ja edullisesti se on höyryfaasi-hapetinta läpäisevää. Estovälinettä voidaan soveltaa tai hyödyntää kalvona, tahnana, lietteenä, lä-30 päisevänä tai läpäisemättömänä arkkina tai levynä, tai verkkomaisena tai reikäisenä rainana, kuten metalli- tai keraamisuodattimena tai -kankaana, tai näiden yhdistelmänä. Estoväline voi myös käsittää jotain täyteainetta ja/tai sidosainetta.The barrier means may be made or produced in any suitable shape and size, and is preferably permeable to the vapor phase oxidant. The barrier means may be applied or utilized as a film, paste, slurry, permeable or impermeable sheet or sheet, or a reticulated or perforated web, such as a metal or ceramic filter or fabric, or a combination thereof. The blocking means may also comprise a filler and / or a binder.

3535

Estovälineen koko ja muoto riippuu keraamisen tuotteen : toivotusta muodosta. Ainoastaan esimerkkinä, jos estovä- 42 91 833 line sijoitetaan tai sijaitsee ennalta määrätyllä etäisyydellä perusmetallista, niin keraamimatriisin kasvu loppuisi tai estyisi paikallisesti siellä, missä se kohtaa estovälineen. Keraamisen tuotteen muoto on yleensä kään-5 teinen estovälineen muodon suhteen. Jos esimerkiksi kovera estoaine ainakin osittain on etäisyydellä perusmetallista, niin monikiteinen kasvu esiintyy siinä tilavuudessa, jonka määrittelee koveran estoaineen rajapinta ja perusmetallin pinta. Kasvu päättyy oleellisesti koveraan estoaineeseen.The size and shape of the barrier means depends on the ceramic product: the desired shape. By way of example only, if the barrier line 42 91 833 is located or located at a predetermined distance from the parent metal, growth of the ceramic matrix would cease or be blocked locally where it encounters the barrier means. The shape of the ceramic product is generally inversely related to the shape of the barrier means. For example, if the concave inhibitor is at least partially spaced from the parent metal, then the polycrystalline growth occurs in the volume defined by the interface of the concave inhibitor and the surface of the parent metal. Growth ends with a substantially concave inhibitor.

10 Sen jälkeen kun estoväline poistetaan, jää jäljelle keraaminen kappale, jolla on ainakin estovälineen koveruu-den määrittelemä kupera osa. On huomattava, että sellaisen estovälineen osalta, jossa on huokoisuutta, saattaa jonkin verran esiintyä monikiteisen aineen ylikasvamista väliti-15 lojen läpi, vaikka sellainen ylikasvu rajoitetaan voimakkaasti tai eliminoidaan tehokkaammilla estoaineilla. Sellaisessa tapauksessa estovälineen kasvaneelta monikiteiseltä keraamikappaleelta poistamisen jälkeen mahdollinen monikiteinen ylikasvu voidaan poistaa keraamikap-20 paleesta hiomalla, hiekkapuhaltamalla tai vastaavalla tavalla, niin että aikaansaadaan toivottu keraaminen osa, johon ei ole jäänyt monikiteisen aineen ylikasvua. Asian havainnollistamiseksi, estoväline joka sijoitetaan etäisyydelle perusmetallista ja jossa on sylinterinmuotoinen 25 ulkonema metallin suuntaan, tuottaa keraamisen kappaleen, jossa oleva sylinterinmuotoinen syvennys käänteisesti toistaa sylinterinmuotoisen ulkoneman halkaisijan ja syvyyden.After the barrier means is removed, a ceramic body having at least a convex portion defined by the concavity of the barrier means remains. It should be noted that for a barrier device with porosity, there may be some overgrowth of the polycrystalline material through the interstices, although such overgrowth is severely limited or eliminated by more effective barrier agents. In such a case, after removal of the barrier means from the grown polycrystalline ceramic body, any polycrystalline overgrowth can be removed from the ceramic body 20 by grinding, sandblasting or the like so as to provide the desired ceramic part free of polycrystalline overgrowth. To illustrate, a barrier means spaced from the parent metal and having a cylindrical protrusion in the metal direction produces a ceramic body in which the cylindrical recess inversely reproduces the diameter and depth of the cylindrical protrusion.

30 Jotta saataisiin mahdollisimman vähän tai ei lainkaan monikiteisen aineen ylikasvua keraamisen komposiitin muodostamisessa, voidaan estoväline asettaa mahdollisen täy-teainepedin tai esimuotin määritellyn rajapinnan päälle tai sen välittömään läheisyyteen. Estovälineen sijoitta-35 minen pedin tai esimuotin määritellyn rajapinnan päälle voidaan suorittaa millä tahansa sopivalla tavalla, kuten : kerrostamalla estovälinettä määritellylle rajapinnalle.In order to minimize or eliminate overgrowth of the polycrystalline material in the formation of the ceramic composite, the barrier means may be placed on or in close proximity to a defined interface of any filler bed or preform. Placing the barrier means on the defined interface of the bed or preform can be accomplished in any suitable manner, such as: by depositing the barrier means on the defined interface.

Il 43 91833Il 43 91833

Sellainen estovälineen kerros voidaan levittää maalaamalla, upottamalla, silkkipainamalla, höyrystämällä tai levittämällä estovälinettä muulla tavoin nesteen, lietteen tai tahnan muodossa, tai sputteroimalla höyrystyvää esto-5 välinettä, tai yksinkertaisesti asettamalla kerros kiinteätä hiukkasmaista estovälinettä, tai levittämällä esto-välineen kiinteä ohut arkki tai kalvo määritellylle rajapinnalle. Kun estoväline on paikallaan, monikiteisen hapetusreaktiotuotteen kasvu päättyy, kun se saavuttaa 10 esimuotin määritellyn rajapinnan ja koskettaa estovälinettä.Such a barrier means may be applied by painting, dipping, screen printing, vaporizing or otherwise applying the barrier in the form of a liquid, slurry or paste, or by sputtering a vaporizable barrier means, or simply by applying a layer of solid particulate barrier means, or by applying defined interface. When the barrier means is in place, the growth of the polycrystalline oxidation reaction product ends when it reaches the defined interface of the 10 preforms and contacts the barrier means.

Edullisessa suoritusmuodossa keraamimatriisi-komposiitti-kappaleen valmistamiseksi muodostetaan läpäisevä muotoiltu 15 esimuotti (jota edempänä kuvataa yksityiskohtaisemmin), jossa on ainakin yksi määritelty rajapinta, ja jossa määritellyn rajapinnan ainakin yhdellä osalla on, tai sen päälle asetetaan, estovälinettä. On ymmärrettävä, että termi "esimuotti" voi sisältää erillisten esimuottien 20 kokoonpanon, joka lopuksi sitoutuu yhtenäiseksi komposiitiksi. Esimuotti asetetaan yhden tai useamman perusmetallin pinnan lähelle ja kosketukseen sen kanssa, niin että ainakin osa estovälineellä varustetusta määritellystä rajapinnasta sijaitsee pääasiassa etäällä tai ulospäin 25 metallipinnasta, ja hapetusreaktiotuotteen muodostuminen tapahtuu esimuottiin päin ja kohti estovälineellä määriteltyä rajapintaa. Läpäisevä esimuotti on osa kokoonpanoa, ja uunissa kuumennettaessa esimuottiin ja perusmetalliin kohdistuu, tai niitä ympäröi, höyryfaasi-hapetin, jota 30 voidaan käyttää yhdessä kiinteän tai nestehapettimen kanssa. Metalli ja hapetin reagoivat, ja reaktioprosessi jatkuu, kunnes hapetusreaktiotuote on tunkeutunut esimuottiin ja joutuu kosketukseen määritellyn rajapinnan kanssa, jossa on tai jonka päälle on asetettu estovälinettä.In a preferred embodiment, to make a ceramic matrix composite body, a permeable shaped preform (described in more detail below) is formed having at least one defined interface, and wherein at least a portion of the defined interface has, or is superimposed on, a barrier means. It is to be understood that the term "preform" may include an assembly of separate preforms 20 that eventually bind to form a unitary composite. The preform is placed near and in contact with the surface of one or more parent metals such that at least a portion of the defined interface with the blocking means is located substantially distant or outward from the metal surface, and oxidation reaction product formation occurs toward the preform and toward the interface. The permeable preform is part of the assembly, and when heated in the furnace, the preform and parent metal are subjected to, or surrounded by, a vapor phase oxidant that can be used in conjunction with a solid or liquid oxidant. The metal and oxidant react, and the reaction process continues until the oxidation reaction product has penetrated the preform and comes into contact with the defined interface with or on which the barrier means is placed.

35 Tyypillisimmin esimuotin ja monikiteisen matriisin rajat oleellisesti yhtyvät; mutta esimuotin pinnalla olevat : yksilölliset aineosat voivat altistua, tai ne voivat olla 91833 44 matriisista ulkonevia, jonka johdosta tunkeutuminen ja ympäröiminen saattaa olla epätäydellinen siinä mielessä, että matriisi täydellisesti ympäröisi tai sulkisi sisäänsä esimuotin. Estoväline estää tai lopettaa kasvun kun se 5 koskettaa estovälinettä, eikä oleellisesti mitään moniki-teisen aineen ylikasvua esiinny. Tuloksena oleva keraaminen komposiittituote sisältää esimuotin, jonka läpi on tunkeutunut, tai jota ympäröi keraaminen matriisi, joka käsittää oleellisesti perusmetallin ja hapettimen hapetusreak-10 tiotuotetta, ja valinnaisesti lisäksi yhtä tai useampaa metallia olevaa aineosaa, kuten hapettumattomia perusmetallin aineosia tai hapettimen pelkistyneitä aineosia. Yleensä hapetusreaktio jatkuu niin kauan, että se riittää perusmetallilähteen tyhjentämiseksi. Jäännös poistetaan 15 esimerkiksi iskemällä vasaralla, niin että aikaansaadaan keraami tai keraaminen komposiittikappale.35 Most typically, the boundaries of the preform and the polycrystalline matrix substantially coincide; but on the surface of the preform: the individual components may be exposed, or they may protrude from the matrix 91833 44, as a result of which penetration and surrounding may be incomplete in the sense that the matrix completely surrounds or encloses the preform. The inhibitory agent inhibits or stops growth when in contact with the inhibitory agent, and substantially no overgrowth of the polycytic agent occurs. The resulting ceramic composite product includes a preform through which it is penetrated or is surrounded by a ceramic matrix substantially comprising a base metal and an oxidant oxidation reaction product, and optionally further one or more metal components such as non-oxidized parent metal components or reduced oxidant components. Generally, the oxidation reaction continues for as long as it is sufficient to deplete the parent metal source. The residue is removed, for example, by striking with a hammer to provide a ceramic or ceramic composite body.

Sen jälkeen kun keraami tai keraaminen komposiittikappale on muodostettu, se on sitten hienonnettava ennen sen 20 käyttämistä täyteaineena metallimatriisi-komposiittikap-paleen muodostamiseksi. Erityisesti esillä olevaa keksintöä käytäntöön sovellettaessa monikiteinen hapetusreaktiotuote jauhetaan, hienonnetaan jne, ja siitä muodostetaan täyteainemassaa, tai edullisemmin, täyteaineesta muotoil-25 laan esimuotti. Keraami tai keraaminen komposiittikappale voidaan hienontaa eri tavoin, kuten leukamurskaimella, iskumyllyllä, karamurskaimella, tai muilla tavanomaisilla tavoilla, riippuen pääasiassa toivotusta hiukkaskoosta, jota käytetään metallimatriisi-komposiittikappaleessa.After the ceramic or ceramic composite body is formed, it must then be comminuted before being used as a filler to form a metal matrix composite body. In particular, in the practice of the present invention, the polycrystalline oxidation reaction product is ground, comminuted, etc., and formed into a filler mass, or more preferably, from a filler to a preform. The ceramic or ceramic composite body can be comminuted in various ways, such as with a jaw crusher, impact mill, spindle crusher, or other conventional means, depending primarily on the desired particle size used in the metal matrix composite body.

30 Jauhettu keraaminen aine lajitellaan seulomalla ja otetaan talteen käytettäväksi täyteaineena tai esimuottina. Saattaa olla toivottavaa, että keraaminen kappale ensin murskataan suuremmiksi noin 6-12 mm kokoisiksi kappaleiksi esimerkiksi leukamurskaimella, vasaramyllyllä, jne.30 The ground ceramic material is sorted by sieving and recovered for use as a filler or preform. It may be desirable to first crush the ceramic body into larger pieces of about 6-12 mm in size, for example with a jaw crusher, hammer mill, etc.

35 Sen jälkeen nämä suuret kappaleet voitaisiin jauhaa hienommiksi hiukkasiksi, esimerkiksi kokoon 50 mesh tai hienommiksi, esimerkiksi kuulamyllyssä, iskumyllyssä, tms.35 These large pieces could then be ground into finer particles, for example to a size of 50 mesh or finer, for example in a ball mill, impact mill, and the like.

45 9 1 8 3 345 9 1 8 3 3

Hiukkasmainen aine voidaan sitten seuloa niin, että saadaan halutun kokoisia jakeita. Sopivat täyteaineet voivat kooltaan olla noin -200 mesh - noin 500 mesh, tai hienompia, riippuen valmistettavasta keraamikomposiitista (esim. muo-5 dostettavan metallimatriisi-komposiittikappaleen aiotusta käytöstä).The particulate material can then be screened to obtain fractions of the desired size. Suitable fillers may range in size from about -200 mesh to about 500 mesh, or finer, depending on the ceramic composite to be made (e.g., the intended use of the metal matrix composite body to be formed).

Kun hienonnettu hapetusreaktiotuote on saatu täyteainetta varten toivottuun hiukkaskokoon, tai muotoiltu esimuotik-10 si, niin matriisimetalli on saatettava tunkeutumaan täyteaineeseen tai esimuottiin.Once the comminuted oxidation reaction product has been obtained for the filler to the desired particle size, or shaped into a preform, the matrix metal must be made to penetrate the filler or preform.

Matriisimetallin spontaanin tunkeutumisen aikaansaamiseksi esimuottiin, tulisi spontaaniin järjestelmään järjestää 15 tunkeutumisen edistäjä. Tunkeutumisen edistäjä voisi muodostua tunkeutumisen edistäjän edeltäjästä, joka voitaisiin järjestää 1) matriisimetalliin, ja/tai 2) esimuottiin, ja/tai 3) ulkoisesta lähteestä spontaaniin järjestelmään. Lisäksi, tunkeutumisen edistäjän edeltäjän sijasta voidaan 20 tunkeutumisen edistäjää syöttää suoraan ainakin joko esimuottiin, ja/tai matriisimetalliin, ja/tai tunkeutu-misatmosfääriin. Lopuksi, ainakin spontaanin tunkeutumisen aikana, tunkeutumisen edistäjä tulisi sijaita ainakin osassa täyteainetta tai esimuottia.In order to effect spontaneous infiltration of the matrix metal into the preform, a spontaneous infiltration enhancer should be provided in the spontaneous system. The infiltration enhancer could consist of a precursor of the infiltration enhancer, which could be arranged 1) in the matrix metal, and / or 2) in the preform, and / or 3) from an external source to the spontaneous system. In addition, instead of the infiltration enhancer precursor, the infiltration enhancer can be fed directly to at least one of the preform, and / or the matrix metal, and / or the infiltration atmosphere. Finally, at least during spontaneous infiltration, the infiltration enhancer should be located in at least a portion of the filler or preform.

2525

Edullisessa suoritusmuodossa on mahdollista, että tunkeutumisen edistäjän edeltäjän voidaan ainakin osittain antaa reagoida tunkeutumisatmosfäärin kanssa, niin että tunkeutumisen edistäjä voidaan muodostaa ainakin osassa esimuot-30 tia ennen kuin tai oleellisesti samanaikaisesti, kun esimuotti koskettaa matriisimetallia esim. jos tunkeutumisen edistäjän edeltäjänä olisi magnesiumia ja tunkeutu-misatmosfäärinä typpeä.In a preferred embodiment, it is possible that the infiltration enhancer precursor may be at least partially reacted with the infiltration atmosphere so that the infiltration enhancer may be formed in at least a portion of the preform before or substantially simultaneously when the preform contacts the matrix metal, e.g., if the infiltration enhancer nitrogen in the atmosphere.

35 Esimerkkinä matriisimetalli/tunkeutumisen edistäjän edel- täjä/tunkeutumisatmosfääri-järjestelmästä on alumii- : ni/magnesium/typpi-järjestelmä. Erityisesti voidaan alu- 46 91853 miinimatriisimetalli asettaa sopivaan tulenkestävään astiaan, kuten alumiinioksidiveneeseen, joka prosessioloissa ei reagoi alumiinimatriisimetallin ja/tai täyteaineen kanssa, kun alumiini sulatetaan. Esimuotin aine voidaan 5 sen jälkeen päästää kosketukseen sulan alumiinimatriisime-tallin kanssa. Lisäksi tunkeutumisen edistäjän edeltäjän syöttämisen sijasta voidaan syöttää tunkeutumisen edistäjää suoraan ainakin joko esimuottiin ja/tai matriisimetal-liin ja/tai tunkeutumisatmosfääriin. Erityisesti voi tun-10 keutumisen edistäjä olla jäännösmagnesiumia hienonnetussa hapetusreaktiotuotteessa. Lopuksi ainakin spontaanin tunkeutumisen aikana tunkeutumisen edistäjän tulisi sijaita ainakin osassa täyteainetta tai esimuottia.35 An example of a matrix metal / infiltration enhancer precursor / infiltration atmosphere system is the aluminum / magnesium / nitrogen system. In particular, the aluminum matrix metal can be placed in a suitable refractory vessel, such as an alumina boat, which under the process conditions does not react with the aluminum matrix metal and / or filler when the aluminum is melted. The preform material can then be contacted with the molten aluminum matrix metal. In addition, instead of feeding the infiltration enhancer precursor, the infiltration enhancer can be fed directly to at least one of the preform and / or the matrix metal and / or the infiltration atmosphere. In particular, the scavenger may be residual magnesium in the comminuted oxidation reaction product. Finally, at least during spontaneous infiltration, the infiltration enhancer should be located in at least a portion of the filler or preform.

15 Niissä oloissa, joita käytetään esillä olevan keksinnön mukaisessa menetelmässä, alumiini/magnesium/typpi-spon-taanissa tunkeutumisjärjestelmän tapauksessa esimuotin tulisi olla riittävän läpäisevää, jotta typpeä sisältävä kaasu voisi tunkeutua esimuottiin ja koskettaa sulaa 20 matriisimetallia. Lisäksi läpäisevässä esimuotissa voi tapahtua sulan matriisimetallin tunkeutumista, jolloin aiheutuu sulan matriisimetallin spontaani tunkeutuminen typen läpäisemään esimuottiin, niin että se muodostaa metallimatriisi-komposiittikappaleen. Spontaanin tunkeu-25 tumisen määrä ja metallimatriisikomposiitin muodostuminen vaihtelee prosessiolojen annetun yhdistelmän mukaisesti, joita ovat mm. magnesiumnitridin määrä esimuotissa tai täyteaineessa, muiden seosalkuaineiden (esim. pii, rauta, kupari, mangaani, kromi, sinkki, ja vastaavat) läsnäolo, 30 esimuotin muodostavan täyteaineen keskimääräinen koko (esim. hiukkashalkaisija), täyteaineen tai esimuotin pin-tatila ja tyyppi, tunkeutumisatmosfäärin typpipitoisuus, tunkeutumiselle annettu aika ja lämpötila, jossa tunkeutuminen tapahtuu. Annettaessa esimerkiksi sulan alu-35 miinimatriisimetallin tunkeutumisen tapahtua spontaanisti, voidaan alumiini seostaa ainakin noin 1 painoprosentilla, ja edullisesti ainakin noin 3 paino- 47 91833 prosentilla magnesiumia (joka toimii tunkeutumisen edistäjän edeltäjänä), seoksen painoon verrattuna. Muita lisäseosalkuaineita, kuten edellä on selitetty, voidaan myös sisältää matriisimetalliin sen erityisten ominaisuuk-5 sien räätälöimiseksi. Lisäksi lisäseosalkuaineet voivat vaikuttaa matriisin alumiinimetallissa tarvittavan magnesiumin määrään, niin että se johtaa spontaaniin tunkeutumiseen täyteaineeseen tai esimuottiin. Magnesiumin häviämistä spontaanista järjestelmästä, esimerkiksi 10 höyrystymisen vuoksi, ei saisi tapahtua niin suuressa määrin, ettei magnesiumia ole läsnä muodostamaan tunkeutumisen edistäjää. Siten on toivottavaa, että aluksi käytetään riittävää seosalkuaineiden määrää jotta spontaani tunkeutuminen voisi tapahtua höyrystymisen sitä hait-15 taamatta. Lisäksi magnesiumin läsnäolo sekä esimuotissa että matriisimetallissa tai pelkästään esimuotissa (tai täyteaineessa) voi johtaa magnesiumin spontaania tunkeutumista varten vaadittavan määrän pienenemiseen (jota selitetään yksityiskohtaisemmin alempana).Under the conditions used in the process of the present invention, in the case of an aluminum / magnesium / nitrogen-spontaneous penetration system, the preform should be sufficiently permeable to allow the nitrogen-containing gas to penetrate the preform and contact the molten matrix metal. In addition, penetration of the molten matrix metal may occur in the permeable preform, causing spontaneous penetration of the molten matrix metal into the nitrogen permeable preform to form a metal matrix composite body. The amount of spontaneous infiltration and the formation of the metal matrix composite will vary according to the given combination of process conditions, e.g. the amount of magnesium nitride in the preform or filler, the presence of other alloying elements (e.g. silicon, iron, copper, manganese, chromium, zinc, and the like), the average size of the preform forming filler (e.g. particle diameter), the surface area and type of filler or preform, the penetration atmosphere the nitrogen content, the time given for the intrusion and the temperature at which the intrusion takes place. For example, by allowing infiltration of molten alumina matrix metal to occur spontaneously, aluminum can be alloyed with at least about 1 weight percent, and preferably at least about 3 weight percent 47,91833 percent magnesium (which acts as a precursor to the infiltration enhancer), based on the weight of the alloy. Other alloying elements, as described above, may also be included in the matrix metal to tailor its specific properties. In addition, additional alloying elements can affect the amount of magnesium required in the aluminum metal of the matrix so that it results in spontaneous penetration of the filler or preform. The loss of magnesium from the spontaneous system, for example due to evaporation, should not occur to such an extent that magnesium is not present to form an infiltration enhancer. Thus, it is desirable to initially use a sufficient amount of the blending elements to allow spontaneous infiltration to occur without inhibiting evaporation. In addition, the presence of magnesium in both the preform and the matrix metal, or in the preform (or filler alone), can lead to a reduction in the amount of magnesium required for spontaneous penetration (explained in more detail below).

2020

Typpiatmosfäärissä olevan typen määrä vaikuttaa myös metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostumisno peuteen. Erityisesti jos atmosfäärissä on alle 10 tilavuusprosenttia typpeä, niin spontaania tunkeutumista 25 esiintyy hyvin hitaasti tai hyvin vähän. On havaittu, että on edullista kun atmosfäärissä on ainakin 50 tilavuusprosenttia typpeä, jolloin aikaansaadaan lyhyempiä tunkeu-tumisaikoja paljon suuremmasta tunkeutumismäärästä johtuen. Tunkeutumisatmosfääri (esim. typpeä sisältävä kaasu) 30 voidaan syöttää suoraan täyteaineseen tai esimuottiin ja/tai matriisimetalliin, tai se voidaan tuottaa aineen hajoamisen tuloksena.The amount of nitrogen in the nitrogen atmosphere also affects the rate of formation of the metal matrix composite body. In particular, if there is less than 10% by volume of nitrogen in the atmosphere, then spontaneous infiltration 25 occurs very slowly or very little. It has been found that it is advantageous to have at least 50% by volume of nitrogen in the atmosphere, thus providing shorter penetration times due to a much higher penetration rate. The infiltration atmosphere (e.g., nitrogen-containing gas) 30 may be fed directly to the filler or preform and / or matrix metal, or may be produced as a result of decomposition of the substance.

Sulan matriisimetallin täyteaineseen tai esimuottiin tun-35 keutumisen aikaansaamiseksi vaadittavan magnesiumin vähimmäismäärä riippuu yhdestä tai useammasta tekijästä, kuten ; prosessin lämpötilasta, ajasta, muiden lisäseosalkuainei- „ 91833 den kuten piin tai sinkin läsnäolosta, täyteaineen luonteesta, magnesiumin sisältymisestä yhteen tai useampaan spontaanin järjestelmän osaan, atmosfäärin typpisisällös-tä, ja typpiatmosfäärin virtausmäärästä. Voidaan käyttää 5 alempia lämpötiloja tai lyhyempiä kuumennusaikoja täydellisen tunkeutumisen aikaansaamiseksi, kun seoksen ja/tai esimuotin magnesiumpitoisuutta nostetaan. Samaten annetulla magnesiumpitoisuudella määrättyjen lisäseosalkuainei-den, kuten sinkin lisääminen mahdollistaa alempien lämpö-10 tilojen käyttämisen. Esimerkiksi matriisimetallin magnesiumpitoisuutta toimivan alueen alapäässä, esim välillä noin 1-3 painoprosenttia, voidaan käyttää yhdessä ainakin jonkin seuraavien kanssa: vähimmäisprosessilämpö-tilan ylittävä lämpötila, suuri typpipitoisuus, yksi tai 15 useampia lisäseosalkuaineita. Ellei esimuottiin lisätä lainkaan magnesiumia, pidetään välillä noin 3-5 painoprosenttia magnesiumia sisältäviä seoksia edullisina, johtuen niiden yleisestä käytettävyydestä laajoilla pro-sessiolojen alueilla, jolloin ainakin 5 painoprosenttia 20 pidetään edullisena käytettäessä alempia lämpötiloja ja lyhyempiä aikoja. Alumiiniseoksessa voidaan käyttää 10 painoprosentin ylittäviä magnesiumpitoisuuksia tunkeutumiseen vaadittavien lämpötilaolojen muuntelemiseksi. Magnesiumpitoisuutta voidaan pienentää muiden seosalkuainei-25 den yhteydessä, mutta nämä alkuaineet palvelevat ainoastaan lisätoimintoja, ja niitä käytetään edellä mainitun magnesiumin minimimäärän tai sen ylittävän määrän kanssa. Esimerkiksi oleellisesti mitään tunkeutumista ei esiintynyt nimellisesti puhtaalla alumiinilla, jota oli seostettu 30 vain 10 % piillä, 1000°C lämpötilassa, alustaan 39 Crystolon (99 % puhdasta piikarbidia Norton Co:lta), jonka raekoko oli 500 mesh. Magnesiumin läsnäollessa on kuitenkin piin havaittu edistävän tunkeutumisprosessia. Toisena esimerkkinä magnesiumin määrä muuttuu, jos sitä syötetään yksin-35 omaan esimuottiin tai täyteaineeseen. On havaittu, että spontaani tunkeutuminen tapahtuu, kun spontaaniin järjestelmään syötetään pienempi painoprosentti magnesiumia, jos I: 49 91833 ainakin jokin määrä syötetyn magnesiumin kokonaismäärästä sijoitetaan esimuottiin tai täyteaineeseen, tai jos käytetään korkeampaa tunkeutumislämpötilaa. Saattaa olla toivottavaa, että magnesiumia järjestetään pienempi määrä, 5 jotta vältettäisiin ei-toivottujen metalliyhdisteiden syn tyminen metallimatriisi-komposiittikappaleeseen. Esi-muotin ollessa piikarbidia on havaittu, että matriisime-talli tunkeutuu spontaanisti esimuottiin, kun esimuotti saatetaan kosketukseen alumiinimatriisimetallin kanssa, 10 esimuotin sisältäessä ainakin 1 painoprosenttia mag nesiumia ja oleellisesti puhtaan typpiatmosfäärin läsnäollessa. Alumiinioksidi-esimuotin tapauksessa hyväksyttävän spontaanin tunkeutumisen saavuttamiseksi vaadittu magnesiumin määrä on hieman suurempi. Erityisesti on 15 havaittu, että kun samantapainen alumiinimatriisimetalli saatetaan koskettamaan alumiinioksidi-esimuottia, liki main samassa lämpötilassa kuin alumiini joka tunkeutui piikarbidi-esimuottiin, ja saman typpiatmosfäärin läsnäollessa, niin saatetaan tarvita ainakin noin 3 paino-20 prosenttia magnesiumia samanlaisen spontaanin tunkeutumi sen aikaansaamiseksi, kuin se joka saavutettiin juuri edellä kuvatun piikarbidi-esimuotin yhteydessä.The minimum amount of magnesium required to provide penetration of the molten matrix metal filler or preform depends on one or more factors, such as; process temperature, time, the presence of other additional alloying elements such as silicon or zinc, the nature of the filler, the presence of magnesium in one or more parts of the spontaneous system, the nitrogen content of the atmosphere, and the flow rate of the nitrogen atmosphere. Lower temperatures or shorter heating times may be used to achieve complete penetration when the magnesium content of the mixture and / or preform is increased. Likewise, the addition of certain alloying elements, such as zinc, at a given magnesium content allows the use of lower temperatures. For example, the magnesium content of the matrix metal at the lower end of the functional range, e.g., between about 1 and 3% by weight, may be used in conjunction with at least one of the following: above process minimum temperature, high nitrogen content, one or more additional alloying elements. If no magnesium is added to the preform, between about 3-5% by weight of magnesium-containing alloys are preferred due to their general applicability over a wide range of process conditions, with at least 5% by weight of 20 being preferred at lower temperatures and shorter times. Concentrations of magnesium in excess of 10% by weight may be used in the aluminum alloy to vary the temperature conditions required for penetration. The magnesium content can be reduced with other alloying elements, but these elements only serve additional functions and are used with or above the above-mentioned minimum amount of magnesium. For example, essentially no penetration occurred with nominally pure aluminum doped with only 10% silicon at 1000 ° C on a substrate 39 Crystolon (99% pure silicon carbide from Norton Co.) having a grain size of 500 mesh. However, in the presence of magnesium, silicon has been found to promote the penetration process. As another example, the amount of magnesium changes if it is fed alone to its own preform or filler. It has been found that spontaneous infiltration occurs when a lower weight percent of magnesium is fed to the spontaneous system if at least some of the total amount of magnesium fed is placed in the preform or filler, or if a higher infiltration temperature is used. It may be desirable to provide a smaller amount of magnesium to avoid the formation of unwanted metal compounds in the metal matrix composite body. With the preform being silicon carbide, it has been found that the matrix metal spontaneously penetrates the preform when the preform is contacted with the aluminum matrix metal, the preform containing at least 1% by weight magnesium and in the presence of a substantially pure nitrogen atmosphere. In the case of the alumina preform, the amount of magnesium required to achieve acceptable spontaneous infiltration is slightly higher. In particular, it has been found that when a similar aluminum matrix metal is contacted with an alumina preform, at approximately the same temperature as the aluminum that penetrated the silicon carbide preform, and in the presence of the same nitrogen atmosphere, at least about 3% to 20% magnesium may be required to penetrate spontaneously. the one obtained just in connection with the silicon carbide preform described above.

On myös havaittu, että on mahdollista syöttää spontaaniin 25 järjestelmään tunkeutumisen edistäjän edeltäjää ja/tai tunkeutumisen edistäjää seoksen pinnalle ja/tai esimuotin tai täyteaineen pinnalle ja/tai esimuottiin tai täyteaineeseen ennen kuin matriisimetallin annetaan tunkeutua täyteaineeseen tai esimuottiin (ts. saattaa olla, ettei 30 syötettyä tunkeutumisen edistäjän edeltäjää tai tunkeutumisen edistäjää tarvitse seostaa matriisimetalliin, vaan että sitä yksinkertaiesti syötetään spontaaniin järjestelmään). Jos magnesiumia levitettäisiin matriisimetallin pinnalle, saattaa olla edullista, että tämä pinta olisi se 35 pinta, joka on lähimpänä tai edullisesti kosketuksessa täyteaineen läpäisevään massaan tai päinvastoin; tai sellaista magnesiumia voitaisiin sekoittaa ainakin esi- 50 91 833 muotin tai täyteaineen osaan. Lisäksi on mahdollista, että pinnalle levittämisen, seostamisen ja magnesiumin sijoittamisen ainakin esimuotin osaan, joitakin yhdistelmiä voitaisiin käyttää. Sellaiset yhdistelmät tunkeutumisen 5 edistäjän (edistäjien) ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjän (edeltäjien) levittämisessä saattaisivat johtaa alumiinimatriisimetallin esimuottiin tunkeutumisen edistämiseen vaadittavan magnesiumin kokonaispainoprosentti-määrän pienenemiseen, samoinkuin alempien lämpötilojen 10 saavuttamiseen, joissa tunkeutumista voi esiintyä. Lisäksi magnesiumin läsnäolosta johtuva metallien epätoivottujen keskinäisten yhdisteiden muodostuminen voitaisiin myös minimoida.It has also been found that it is possible to spontaneously feed a penetration enhancer precursor and / or penetration enhancer to the surface of the mixture and / or preform or filler and / or preform or filler before allowing the matrix metal to penetrate the filler or preform (i.e., may not the infiltration enhancer precursor or infiltration enhancer needs to be alloyed with the matrix metal, but that it is simply fed into a spontaneous system). If magnesium were applied to the surface of the matrix metal, it may be advantageous for this surface to be the surface closest or preferably in contact with the permeable mass of the filler or vice versa; or such magnesium could be mixed with at least a portion of the preform or filler. In addition, it is possible that some combinations of surface application, doping, and placement of magnesium in at least a portion of the preform could be used. Such combinations in the application of the penetration enhancer (s) and / or the penetration enhancer precursor (s) could result in a reduction in the total weight percentage of magnesium required to promote penetration of the aluminum matrix metal preform, as well as the achievement of lower temperatures. In addition, the formation of undesired interactions of metals due to the presence of magnesium could also be minimized.

15 Yhden tai useamman lisäseosalkuaineen käyttäminen ja ympäröivän kaasun typpipitoisuus vaikuttavat myös mat-riisimetallin nitrautumiseen annetussa lämpötilassa. Esimerkiksi voidaan seokseen sisällyttää tai seoksen pinnalle levittää sellaisia lisäseosalkuaineita kuin sinkkiä tai 20 rautaa tunkeutumislämpötilan alentamiseksi ja siten muodostuvan nitridin määrän pienentämiseksi, kun taas kaasussa olevan typen pitoisuuden lisäämistä voitaisiin käyttää nitridin muodostumisen edistämiseen.The use of one or more additional alloying elements and the nitrogen content of the surrounding gas also affect the nitration of the matrix metal at a given temperature. For example, additional alloying elements such as zinc or iron can be added to or applied to the mixture to lower the penetration temperature and thus reduce the amount of nitride formed, while increasing the nitrogen content in the gas could be used to promote nitride formation.

25 Seoksessa olevan ja/tai seoksen pinnalle levitetyn ja/tai täyteaineeseen tai esimuottiin yhdistetyn magnesiumin pitoisuus pyrkii myös vaikuttamaan tunkeutumisen määrään annetussa lämpötilassa. Vastaavasti eräissä tapauksissa, joissa pieni määrä tai ei lainkaan magnesiumia saa olla 30 kosketuksessa suoraan esimuottiin tai täyteaineeseen, saattaa olla edullista, että ainakin 3 painoprosenttia magnesiumia sisällytetään seokseen. Tätä arvoa pienemmät seosmäärät, kuten 1 painoprosentti magnesiumia, saattaa vaatia korkeammat prosessilämpötilat tai lisäseosalkuai-35 neita tunkeutumista varten. Tämän keksinnön spontaanin tunkeutumisprosessin toteuttamiseksi vaadittu lämpötila voi olla alempi: 1) kun yksinomaan seoksen magnesiumpitoi- li 51 91833 suutta nostetaan, esim. ainakin noin 5 painoprosenttiin; ja/tai 2) kun seostavia aineita sekoitetaan täyteaineen läpäisevään massaan tai esimuottiin; ja/tai 3) kun alumiiniseoksessa on toista alkuainetta, kuten sinkkiä tai 5 rautaa. Lämpötila voi myös vaihdella eri täyteaineilla. Yleensä esiintyy spontaania ja etenevää tunkeutumista prosessilämpötilassa, joka on ainakin noin 675°C, edullisesti prosessilämpötilassa, joka on ainakin noin 750 -850°C. Yleensä yli 1200°C olevat lämpötilat eivät näytä 10 edistävän prosessia, ja erityisen käyttökepoiseksi lämpötilaksi on havaittu alue noin 675°C - noin 1200°C. Kuitenkin yleisenä sääntönä spontaanin tunkeutumisen lämpötila on sellainen lämpötila, joka on matriisimetallin sulamispisteen yläpuolella mutta matriisimetallin höyrystymislämpö-15 tilan alapuolella. Lisäksi spontaanin tunkeutumisen lämpötilan tulisi olla täyteaineen sulamispisteen alapuolella. Edelleen, kun lämpötilaa nostetaan, kasvaa pyrkimys matriisimetallin ja tunkeutumisatmosfäärin välisen reaktiotuotteen muodostamiseen (esim. alumiinimat-20 riisimetallin ja typpeä olevan tunkeutumisatmosfäärin tapauksessa saattaa muodostua alumiininitridiä). Sellaiset raktiotuotteet saattavat olla toivottavia tai ei-tovottu-ja, riipuen metallimatriisi-komposiittikappaleen aiotusta käytöstä. Lisäksi tyypillisesti käytetään sähkövastuskuu-25 mannusta tunkeutumislämpötilojen saavuttamiseksi. Keksinnön yhteydessä käytettäväksi hyväksytään kuitenkin mikä tahansa kuumennusväline, joka voi saattaa matriisimetallin sulamaan ja joka ei vaikuta haitallisesti spontaaniin tunkeutumiseen.The concentration of magnesium in the alloy and / or applied to the surface of the alloy and / or combined with the filler or preform also tends to affect the amount of penetration at a given temperature. Similarly, in some cases where little or no magnesium may be in direct contact with the preform or filler, it may be advantageous to include at least 3% by weight of magnesium in the mixture. Alloy amounts lower than this value, such as 1 weight percent magnesium, may require higher process temperatures or additional alloying elements for penetration. The temperature required to carry out the spontaneous infiltration process of this invention may be lower: 1) when the magnesium content of the mixture alone is increased to 51,91833, e.g. to at least about 5% by weight; and / or 2) when the dopants are mixed into the permeable mass or preform of the filler; and / or 3) when the aluminum alloy contains another element such as zinc or iron. The temperature can also vary with different fillers. In general, spontaneous and progressive infiltration occurs at a process temperature of at least about 675 ° C, preferably at a process temperature of at least about 750-850 ° C. In general, temperatures above 1200 ° C do not appear to promote the process, and a range of about 675 ° C to about 1200 ° C has been found to be particularly useful. However, as a general rule, the spontaneous infiltration temperature is one that is above the melting point of the matrix metal but below the heat of vaporization state of the matrix metal. In addition, the spontaneous penetration temperature should be below the melting point of the filler. Further, as the temperature is raised, the tendency to form a reaction product between the matrix metal and the infiltration atmosphere increases (e.g., in the case of an aluminum mat-rice metal and a nitrogen infiltration atmosphere, aluminum nitride may be formed). Such cracked products may be desirable or non-desirable, depending on the intended use of the metal matrix composite body. In addition, an electric resistance month-25 operation is typically used to achieve penetration temperatures. However, any heating means which can cause the matrix metal to melt and which does not adversely affect spontaneous infiltration is acceptable for use in the present invention.

3030

Esillä olevassa menetelmässä esimerkiksi läpäisevä esi-muotti saatetaan kosketukseen sulan alumiinin kanssa typpeä sisältävän kaasun (esim. muokkauskaasu, joka on 96 % N2 ja 4 % H2) ollessa läsnä, jota ylläpidetään koko tunkeutumiseen 35 vaadittavan ajan. Tämä aikaansaadaan ylläpitämällä jatkuva kaasun virtaus kosketukseen esimuotin ja sulaan alu-miinimatriisimetalliin. Vaikkei typpeä sisältävän kaasun • ♦ 52 91833 virtausmäärä ole kriittinen, pidetään edullisena että virtausmäärä on riittävä kompensoimaan nitridin muodostumisesta seosmatriisissa johtuva mahdollinen typen häviäminen atmosfääristä, sekä estämään tai torjumaan ilman sisään 5 pääseminen, jolla voi olla hapettava vaikutus sulaan metalliin.For example, in the present process, the permeable preform is contacted with molten aluminum in the presence of a nitrogen-containing gas (e.g., a scrubbing gas of 96% N 2 and 4% H 2) that is maintained throughout the time required for penetration. This is accomplished by maintaining a continuous flow of gas in contact with the preform and the molten aluminum matrix metal. Although the flow rate of the nitrogen-containing gas • ♦ 52 91833 is not critical, it is preferred that the flow rate be sufficient to compensate for possible nitrogen loss from the atmosphere due to nitride formation in the alloy matrix and to prevent or repel air ingress that may have an oxidizing effect on molten metal.

Metallimatriisikomposiitin muodostamismenetelmää voidaan soveltaa täyteaineiden laajaan valikoimaan, ja täyteainei-10 den valinta riippuu sellaisista tekijöistä, kuten mat-riisiseoksesta, prosessin olosuhteista, sulan mat-riisiseoksen reaktiivisuudesta täyteaineen kanssa, sekä lopulliselle komposiittituotteelle haetuista ominaisuuksista. Kun matriisimetallina on esimerkiksi alumiini, 15 lukeutuvat sopiviksi täyteaineiksi a) oksidit, esim. alumiinioksidi, b) karbidit, esim. piikarbidi, c) boridit, esim. alumiinidodekaboridi, ja d) nitridit, esim. alu-miininitridi. Edullisessa suoritusmuodossa käytetään murskattua hapetusreaktiotuotetta täyteaineena. Lisäksi murs-20 kattua hapetusreaktiotuotetta voidaan käyttää joko yksin tai yhidstelmänä muiden täyteaineiden kanssa niin, että aikaansaadaan tunkeutumista varten läpäisevä massa tai esimuotti. Mikäli täyteaine pyrkii ragoimaan sulan alu-miinimatriisimetallin kanssa, tämä voidaan ottaa huomioon 25 minimoimalla tunkeutumisaika ja -lämpötila tai järjestämällä reagoimaton päällystys täyteaineelle. Täyteaine voi käsittää alustan, kuten hiiltä tai ei-keraamista ainetta, jonka päällä on keraaminen päällystys alustan suojaamiseksi syöpymiseltä tai heikkenemiseltä. Sopivia päällysteitä 30 ovat mm. keraamiset oksidit, karbidit, boridit ja nitridit. Esillä olevassa menetelmässä käyttökelpoisia keraameja ovat mm. alumiinioksidi ja piikarbidi hiukkasten, hiutaleiden, kuitukiteiden ja kuitujen muodossa. Kuidut voivat olla epäjatkuvia (leikatussa muodossa) tai jatkuvan säikeen 35 muodossa, kuten monisäikeiset langat. Lisäksi keraaminen massa tai esimuotti voi olla homogeeninen tai epähomogeeninen.The method of forming the metal matrix composite can be applied to a wide variety of fillers, and the choice of fillers depends on such factors as the matrix mixture, process conditions, the reactivity of the molten matrix mixture with the filler, and the properties applied to the final composite product. When the matrix metal is, for example, aluminum, suitable fillers include a) oxides, e.g. alumina, b) carbides, e.g. silicon carbide, c) borides, e.g. aluminum dodecaboride, and d) nitrides, e.g. aluminum nitride. In a preferred embodiment, the crushed oxidation reaction product is used as a filler. In addition, the murs-20 coated oxidation reaction product can be used either alone or in combination with other fillers to provide a permeable mass or preform for penetration. If the filler tends to stick with the molten aluminum matrix metal, this can be taken into account by minimizing the penetration time and temperature or by providing an unreacted coating on the filler. The filler may comprise a substrate, such as carbon or a non-ceramic material, overlaid with a ceramic coating to protect the substrate from corrosion or deterioration. Suitable coatings 30 are e.g. ceramic oxide, carbide, boride and nitride. Ceramics useful in the present method include e.g. alumina and silicon carbide in the form of particles, flakes, fibrous crystals and fibers. The fibers may be discontinuous (in cut form) or in the form of a continuous strand 35, such as multifilament yarns. In addition, the ceramic mass or preform may be homogeneous or inhomogeneous.

53 9183353 91833

Sen täyteaineen, jota käytetään keraamisen hapetusreak-tiotuotteen muodostamiseksi, tai sen täyteaineen, jota sekoitetaan murskattuun keraamiseen hapetusreaktiotuot-teeseen, koko ja muoto voi olla mikä tahansa sellainen, 5 joka vaaditaan komposiitin toivottujen ominaisuuksien saavuttamiseksi. Siten aine voi olla hiukkasten, kuituki-teiden, hiutaleiden tai kuitujen muodossa, koska täyteaineen muoto ei rajoita tunkeutumista. Voidaan käyttää muitakin muotoja, kuten kuulia, pieniä putkia, pellettejä, 10 tulenkestävää kuitukangasta, ja vastaavia. Lisäksi aineen koko ei rajoita tunkeutumista, vaikka pienten hiukkasten massalla saatetaan tunkeutumisen loppuunviemiseksi tarvita korkeampi lämpötila tai pidempi aika kuin suuremmilla hiukkasilla. Lisäksi (esimuotiksi muotoillun) täyte-15 ainemassan tulisi tunkeutumista varten olla läpäisevää (ts. sen tulisi olla sulaa matriisimetallia ja tunkeutumisat-mosfääriä läpäisevää).The size and shape of the filler used to form the ceramic oxidation reaction product, or the filler mixed with the crushed ceramic oxidation reaction product, can be any that is required to achieve the desired properties of the composite. Thus, the substance may be in the form of particles, fibrous supports, flakes or fibers, as the shape of the filler does not limit penetration. Other shapes can be used, such as balls, small tubes, pellets, 10 refractory nonwovens, and the like. In addition, the size of the substance does not limit the infiltration, although a mass of small particles may require a higher temperature or longer time to complete the infiltration than larger particles. In addition, the filler mass (preformed) should be permeable to penetration (i.e., it should be permeable to molten matrix metal and the penetration atmosphere).

Esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä metallimatrii-20 si-komposiittikappaleiden muodostamiseksi ei ole riippuvainen paineen käyttämisestä sulan matriisimetallin puristamiseksi esimuottiin tai täyteainemassaan. Keksintö sallii oleellisesti yhtenäisten metallimatriisikom-posiittien valmistamisen, joilla on suuri tilavuusosa ,, 25 täyteainetta ja pieni huokoisuus, koska ne eivät ole riippuvaisia paineen käyttämisestä sulan matriisimetallin puristamiseksi esimuottiin tai täyteainemassaan. Suurempia täyteaineen tilavuusosuuksia, suuruusluokkaa ainakin 50 %, voidaan aikaansaada käyttämällä alussa täyteainemassaa, 30 jolla on pienempi huokoisuus, ja/tai vaihtelevan kokoisa . hiukkasia tiivistymisen tehokkuuden lisäämiseksi. Suurem pia tilavuusosuuksia voidaan myös aikaansaada silloin, jos täyteainemassa tiivistetään tai tehdään muulla tavalla tiiviimmäksi, edellyttäen ettei massaa muuteta joko täysin 35 tiiviiksi suljetuin kennohuokosin tai täysin tiiviiksi rakenteeksi, mikä estäisi sulan seoksen tunkeutumisen.The method of forming the metal matrix-20 si composite bodies of the present invention is not dependent on the application of pressure to press the molten matrix metal into the preform or filler mass. The invention allows the production of substantially uniform metal matrix composites having a high volume fraction of filler and low porosity because they are not dependent on the application of pressure to press the molten matrix metal into the preform or filler mass. Higher volume fractions of the filler, on the order of at least 50%, can be achieved by initially using a filler mass with a lower porosity and / or a variable size. particles to increase the efficiency of compaction. Higher volume fractions can also be obtained if the filler mass is compacted or otherwise compacted, provided that the mass is not converted to either a fully sealed closed cell pore or a completely dense structure, which would prevent the molten mixture from penetrating.

• « 54 91833• «54 91833

On havaittu, että alumiinin tunkeutumista ja matriisin muodostumista varten keraamisen täyteaineen ympärille voi keraamisen täyteaineen kostutus alumiinimatriisimetallil-la olla tärkeä osa tunkeutumismekanismista. Lisäksi alhai-5 sissa prosessilämpötiloissa esiintyy erittäin vähän tai häviävän vähän metallin nitridiksi muuttumista, jonka takia saadaan erittäin vähäinen epäjatkuva alumiininitridin faasi metallimatriisiin jakautuneena. Kun lähestytään lämpötila-alueen yläpäätä, tapahtuu kuitenkin todennäköi-10 semmin metallin nitridiksi muuttumista. Siten voidaan säätää nitridifaasin osuutta metallimatriisissa muuttamalla lämpötilaa, jossa tunkeutuminen tapahtuu. Ne määrätyt lämpötilat, joissa nitridin muodostuminen tulee merkittävämmäksi, muuttuvat myös sellaisista tekijöistä riippuen, 15 kuten käytetty matriisin alumiiniseos ja sen määrä suhteessa täyteaineen määrään, täyteaineen määrä johon tunkeutumisen on tapahduttava, sekä tunkeutumisatmosfäärin typpipitoisuus. Esimerkiksi alumiininitridin muodostumisen määrän uskotaan määrätyssä prosessilämpötilassa kas-20 vavan, kun seoksen kyky täyteaineen kostuttamiseen pienenee ja kun atmosfäärin typpipitoisuus kasvaa.It has been found that for the penetration of aluminum and the formation of a matrix around the ceramic filler, wetting of the ceramic filler with aluminum matrix metal can be an important part of the penetration mechanism. In addition, at low process temperatures, there is very little or no loss of metal to nitride conversion, resulting in a very small discontinuous phase of aluminum nitride distributed in the metal matrix. However, as the upper end of the temperature range is approached, the metal is more likely to convert to nitride. Thus, the proportion of the nitride phase in the metal matrix can be adjusted by changing the temperature at which the penetration takes place. The particular temperatures at which nitride formation becomes more significant also vary depending on factors such as the aluminum alloy of the matrix and its amount relative to the amount of filler, the amount of filler to be penetrated, and the nitrogen content of the penetration atmosphere. For example, the amount of aluminum nitride formation is believed to increase at a given process temperature as the ability of the mixture to wet the filler decreases and as the nitrogen content of the atmosphere increases.

Sen vuoksi on mahdollista räätälöidä metallimatriisin rakennetta komposiitin muodostuksen aikana, niin että 25 voidaan antaa tuloksena olevalle tuotteelle määrätyt ominaisuudet. Annetulla järjestelmällä voidaan prosessin olosuhteet valita nitridin muodostuksen säätämiseksi. Alumiininitridiä sisältävällä komposiittituotteella on eräitä ominaisuuksia, jotka voivat olla edullisia tuotteen 30 suorituskyvylle tai parantaa niitä. Lisäksi alumiiniseoksen spontaanin tunkeutumisen edullinen lämpötila-alue voi vaihdella käytetystä keraamisesta aineesta riippuen. Kun täyteaineena on alumiinioksidia, ei tunkeutumisen lämpötilan tulisi ylittää 1000°C, mikäli halutaan, ettei 35 matriisin muovattavuus oleellisesti pienene merkittävän nitridin muodostumisen johdosta. Lämpötilan 1000°C ylittäviä lämpötiloja voidan kuitenkin käyttää, mikäli halutaan 91833 55 tuottaa komposiitti, jonka matriisilla on heikompi muovattavuus ja suurempi jäykkyys. Piikarbidiin tunkeutumista varten voidaan käyttää korkeampia, noin 1200°C lämpötiloja, koska piikarbidia täyteaineena käytettäessä alumiiniseok-5 sesta syntyy vähemmän nitridejä, kuin alumiinioksideja täyteaineena käytettäessä. Tärkeämpää on, että kun täyteaineena käytettän murskattua tai hienonnetua hapetusreak-tiotuotetta, voidaan käyttää lämpötiloja noin 750 - 850°C alkaen* 10Therefore, it is possible to customize the structure of the metal matrix during the formation of the composite so that certain properties can be imparted to the resulting product. With a given system, process conditions can be selected to control nitride formation. The composite product containing aluminum nitride has some properties that may be beneficial to or improve the performance of the product. In addition, the preferred temperature range for spontaneous penetration of the aluminum alloy may vary depending on the ceramic material used. When the filler is alumina, the penetration temperature should not exceed 1000 ° C if it is desired that the formability of the matrix 35 is not substantially reduced due to significant nitride formation. However, temperatures above 1000 ° C can be used if 91833 55 is desired to produce a composite with a matrix with lower formability and higher rigidity. Higher temperatures of about 1200 ° C can be used for penetration into silicon carbide, because when silicon carbide is used as a filler, less nitrides are formed from the aluminum alloy than when alumina is used as a filler. More importantly, when a crushed or comminuted oxidation reaction product is used as a filler, temperatures from about 750 to 850 ° C can be used from * 10

Monikiteinen aine, joka muodostuu suunnatulla hapetus-prosessissa voi erityisesti sisältää metallisia komponentteja, kuten hapettumatonta perusmetallia. Metallin määrä voi vaihdella laajalla alueella 1-40 tilavuusprosenttiin, 15 ollen joskus suurempikin, riippuen paljon perusmetallin kulumisesta (muuntumisesta) keräämiä tai keraamisia kom-posiittikappaleita tuotettaessa. Saattaa olla toivottavaa, että ainakin osa perusmetallin jäännösmetallista eli jäännöksestä erotetaan hapetusreaktiotuotteesta ennen kuin 20 ainetta kätetään täyteaineena. Tämä erottaminen voidaan suorittaa ennen ja/tai sen jälkeen kun monikiteinen aine on murskattu tai jauhettu, Eräissä tapauksissa hapetus-reaktiotuote voidaan rikkoa helpommin kuin metalli, ja sen vuoksi joissakin tapauksissa voi hienontamalla ja seulo-25 maila olla mahdollista osittain erottaa hapetusreak-tiotuote metallista. Esillä olevan keksinnön mukaisesti hienonnettu hapetusreaktiotuotteella, jota käytetään joko yksinään tai yhdistelmänä jonkin toisen täyteaineen kanssa, on kuitenkin yhtymistaipumusta sulaan seokseen, joka 30 ilmeisesti johtuu samanlaisten aineiden välisestä yhtymis-taipumuksesta prosessin olosuhteissa ja/tai yhden tai useamman ulkoisen seostusaineen läsnäolosta. On havaittu, että tämän kemiallisen yhtymistaipumuksen johdosta esiintyy parempaa tunkeutumisen kinetiikkaa, ja vastaavasti 35 parempaa tunkeutumista jonkin verran suuremmalla mopeudel-la kuin oleellisesti samassa prosessissa kaupallisesti saatavilla olevaa keraamista täyteainetta käyttäen, ts.In particular, the polycrystalline material formed in the directed oxidation process may contain metallic components such as a non-oxidizing parent metal. The amount of metal can vary over a wide range from 1 to 40% by volume, sometimes even higher, depending on the wear (conversion) of the parent metal in the production of the collected or ceramic composite bodies. It may be desirable for at least a portion of the parent metal residual metal, i.e., the residue, to be separated from the oxidation reaction product before the 20 substances are used as a filler. This separation can be performed before and / or after the polycrystalline material is crushed or ground. In some cases, the oxidation reaction product may be more easily broken than the metal, and therefore in some cases it may be possible to partially separate the oxidation reaction product from the metal by grinding and screening. However, according to the present invention, the comminuted oxidation reaction product used either alone or in combination with another filler has a tendency to coalesce into a molten mixture, apparently due to a tendency to coalesce under similar process conditions and / or the presence of one or more external dopants. It has been found that this chemical tendency to coalesce results in better penetration kinetics, and correspondingly better penetration at a somewhat higher rate than in substantially the same process using a commercially available ceramic filler, i.

% · 56 9 1 8 3 3 käyttäen täyteainetta, jota ei tuoteta suunnatulla hape-tusprosessilla. Jos kuitenkin toista täyteainetta on sekoitettava hienonnettuun hapetusreaktiotuotteeseen, tulisi hienonnettua hapetusreaktiotuotetta syöttää määränä, 5 joka riittää paremman tunkeutumiskinetiikan aikaansaamiseksi (ts. ainakin noin 10 - 25 tilavuusprosenttia täyteaineesta tulisi olla hienonnettua hapetusreak-tiotuotetta). Kun hienonnettua hapetusreaktiotuotetta käytetään täyteaineena, on lisäksi havaittu, että prosessi 10 voidaan toteuttaa alemmassa lämpötilassa, joka on edullista kustannusten ja käsittelyn kannalta. Alemmissa lämpötiloissa sula metalli ei myöskään niin helposti pyri reagimaan täyteaineen kanssa, eikä muodostu ei-toivottua reaktiotuotetta, jolla voi olla vahingollinen vaikutus 15 metallimatriisikomposiitin mekaanisiin ominaisuuksiin.% · 56 9 1 8 3 3 using a filler not produced by a directed oxidation process. However, if the second filler is to be mixed with the comminuted oxidation reaction product, the comminuted oxidation reaction product should be fed in an amount sufficient to provide better penetration kinetics (i.e., at least about 10 to 25 volume percent of the filler should be comminuted oxidation reaction product). In addition, when the comminuted oxidation reaction product is used as a filler, it has been found that process 10 can be carried out at a lower temperature, which is advantageous in terms of cost and handling. Also, at lower temperatures, the molten metal does not so easily tend to react with the filler, and no undesired reaction product is formed that can have a detrimental effect on the mechanical properties of the metal matrix composite.

Eräs tekijä, joka näyttää osallistuvan esillä olevan keksinnön parempaan tunkeutumiseen, on likeisesti täyteaineeseen liittyvän ulkoisen seostuselementin ja/tai alu-20 miinia olevan perusmetallin läsnäolo. Kun esimerkiksi alumiinioksidia muodostetaan hapetusreaktiotuotteena alumiinin hapettuessa ilmassa, käytetään tyypillisesti seos-tusainetta alumiini-perusmetalliin liittyen tai yhdistelmänä sen kanssa, kuten selitetään alussa mainituissa 25 patenttihakemuksissa ja patentissa. Perusmetallia tai seostusainetta, tai niiden osaa, ei ehkä kuluteta loppuun reaktiojärjestelmästä, jonka vuoksi se voi dispergoitua osaan tai oleellisesti kaikkeen monikiteiseen keraamiseen aineeseen. Sellaisessa tapauksessa perusmetalli tai seos-30 tusaine voi tiivistyä hienonnetun hapetusreaktiotuotteen pinnassa tai pinnalla, tai perusmetalli tai seostusaine voi sitoutua hapetusreaktiotuotteeseen. Haluamatta sitoutua mihinkään määrättyyn teoriaan tai selitykseen, uskotaan että kun monikiteistä ainetta hienonnetaan käytettäväksi 35 täyteaineena, saattaa hienonnettuun hapetusreaktiotuot teeseen tunkeutumiseen käytettävällä matriisimetallilla esiintyä yhtymistaipumusta tähän täyteaineeseen, johtuen 11 „ 91833 täyteaineeseen sisältyvästä perusmetallista ja/tai seos-tusaineesta. Jäännöksenä oleva perusmetalli ja/tai seos-tusaineet voivat parantaa tunkeutumisprosessia toimimalla käyttökelpoisina ulkoisina seostuselementteinä tuotetta-5 essa lopullista komposiittituotetta; ja/tai toimia tunkeutumisen edistäjänä; ja/tai toimia tunkeutumisen edistäjän edeltäjänä. Vastaavasti voi hienonnettu hapetusreak-tiotuote sellaisenaan aikaansaada ainakin osan vaadittavasta tunkeutumisen edistäjästä ja/tai tunkeutumisen edis-10 täjän edeltäjästä, jota tarvitaan matriisimetallin spontaanin tunkeutumisen aikaansaamiseksi täyteaineeseen tai esimuottiin.One factor that appears to contribute to the better penetration of the present invention is the presence of an external alloying element and / or aluminum-20 parent metal associated with the filler. For example, when alumina is formed as an oxidation reaction product upon oxidation of aluminum in air, an alloying agent is typically used in conjunction with or in combination with the aluminum parent metal, as described in the patent applications and patents mentioned at the beginning. The parent metal or dopant, or a portion thereof, may not be consumed from the reaction system, allowing it to be dispersed in a portion or substantially all of the polycrystalline ceramic. In such a case, the parent metal or alloy may condense on or on the surface of the comminuted oxidation reaction product, or the parent metal or alloy may bind to the oxidation reaction product. Without wishing to be bound by any particular theory or explanation, it is believed that when a polycrystalline material is comminuted for use as a filler, the matrix metal used to penetrate the comminuted oxidation reaction product may have a tendency to coalesce with this filler due to the base metal and / or base metal. The residual parent metal and / or alloying agents can enhance the penetration process by acting as useful external alloying elements in the final composite product; and / or act as a penetration facilitator; and / or act as a precursor to the intruder. Accordingly, the comminuted oxidation reaction product as such may provide at least a portion of the required penetration enhancer and / or penetration enhancer precursor required to effect spontaneous penetration of the matrix metal into the filler or preform.

Lisäksi on mahdollista käyttää matriisimetallin varasto-15 lähdettä täyteaineen täydellisen tunkeutumisen varmistamiseksi ja/tai syöttää toista metallia, jolla on erilainen koostumus kuin matriisimetallin ensimmäisellä lähteellä. Eräissä tapauksissa voi erityisesti olla toivottavaa käyttää varastolähteessä matriisimetallia, joka koostumuk-20 seitaan poikkeaa matriisimetallin ensimmäisestä lähteestä. Jos esimerkiksi alumiiniseosta käytetään ensimmäisenä matriisimetallin lähteenä, niin varastolähteen metallina voitaisiin käyttää näennäisesti mitä tahansa toista metallia tai metalliseosta, joka on sulanut prosessilämpötilas-25 sa. Sulat metallit ovat usein hyvin sekoittuvia toistensa kanssa, mikä johtaisi varastolähdemetallin sekoittumiseen matriisimetallin ensimmäiseen lähteeseen niin kauan kuin annetaan riittävästi aikaa sekoittumista varten. Käytettäessä ensimmäisen matriisimetallin lähteestä poikkeavan 30 koostumuksen omaavaa varastolähdemetallia, on siten mahdollista räätälöidä metallimatriisin ominaisuuksia erilaisten toimintavaatimusten täyttämiseksi ja siten räätälöidä metallimatriisikomposiitin ominaisuuksia.In addition, it is possible to use a stock-15 source of matrix metal to ensure complete penetration of the filler and / or to feed a second metal having a different composition than the first source of matrix metal. In some cases, it may be particularly desirable to use a matrix metal in the storage source that differs in composition from the first source of matrix metal. For example, if the aluminum alloy is used as the first source of matrix metal, then virtually any other metal or alloy that has melted at the process temperature could be used as the stock source metal. The molten metals are often highly miscible with each other, which would result in the mixing source metal mixing with the first source of matrix metal as long as sufficient time is allowed for mixing. By using a stock source metal having a composition 30 different from the source of the first matrix metal, it is thus possible to customize the properties of the metal matrix to meet different performance requirements and thus to customize the properties of the metal matrix composite.

35 Estovälinettä voidaan myös käyttää esillä olevan keksinnön yhteydessä. Tämän keksinnön yhteydessä käytettävä estovä- line voi erityisesti olla mikä tahansa soveltuva väline, 91833 58 joka vuorovaikuttaa, estää ja lopettaa sulan matriisiseok-sen (esim. alumiiniseos) kulkeutumisen, siirtymisen tai vastaavan täyteaineen määritellyn rajapinnan ohi. Sopivia estovälineitä voivat olla mitkä tahansa aineet, yhdisteet, 5 alkuaineet, koostumukset tai vastaavat, jotka prosessin olosuhteissa ylläpitävät jonkinasteisen eheyden eivätkä ole haihtuvia, ja jotka edullisesti ovat prosessissa käytettyä kaasua läpäiseviä, ja jotka samoin pystyvät paikallisesti estämään, pysäyttämään, vuorovaikutteinaan, 10 torjumaan, jne, jatkuvan tunkeutumisen tai minkä tahansa muun liikkeen täyteaineen rajapinnan ohi.The blocking device can also be used in connection with the present invention. In particular, the barrier means used in the present invention may be any suitable means, 91833 58, which interacts with, prevents and stops the migration, migration or melt of the molten matrix alloy (e.g. aluminum alloy) past a defined interface. Suitable inhibiting means may be any substances, compounds, elements, compositions or the like which, under process conditions, maintain some degree of integrity and are not volatile, and which are preferably permeable to the gas used in the process, and which are also capable of locally preventing, stopping, interacting, etc., continuous penetration or any other movement past the filler interface.

Soveltuvat estovälineet sisältävät aineita, joita kulkeutuva sula matriisimetalli käytetyn prosessin aikana ei 15 oleellisesti pysty kostuttamaan. Tämän tyyppisellä esto-aineella näyttää olevan oleellisen vähän tai ei lainkaan yhtymispyrkimystä sulaan matriisimetalliin, ja estoväline estää tai torjuu siirtymisen täyteainemassan tai esimuotin määritellyn rajapinnan yli. Estoaine vähentää mahdollista 20 loppukoneistusta tai hiomista, jota voidaan tarvita metal-limatriisikomposiittituotteella. Kuten edellä mainittiin, tulisi estoaineen edullisesti olla läpäisevää tai huokoista, tai se voidaan saattaa läpäiseväksi esimerkiksi poraamalla reikiä estoaineeseen tai lävistämällä se, niin 25 että kaasu pääsee kosketukseen sulan matriisimetallin kanssa.Suitable barrier means include substances that the migrating molten matrix metal is substantially incapable of wetting during the process used. This type of barrier appears to have substantially no or no tendency to coalesce with the molten matrix metal, and the barrier means prevents or repels migration over the defined interface of the filler mass or preform. The inhibitor reduces the potential for 20 final machining or grinding that may be required with the metal-matrix composite product. As mentioned above, the barrier agent should preferably be permeable or porous, or it may be made permeable, for example, by drilling holes in the barrier agent or piercing it so that the gas comes into contact with the molten matrix metal.

Soveltuvia estoaineita, jotka ovat erityisen edullisia alumiinimatriisiseoksilla, ovat niitä, jotka sisältävät 30 hiiltä, erityisesti hiilen kiteiset allotrooppiset muodot, jotka tunnetaan grafiittina. Grafiittia ei oleellisesti voida kostuttaa kuvatuissa prosessiolosuhteissa sulalla alumiiniseoksella. Erityisen edullinen grafiitti on gra-fiittinauhatuote, jota myydään tuotenimellä Grafoil (R), 35 jonka tavaramerkin haltija on Union Carbide. Tällä gra-fiittinauhalla on tiivistäviä ominaisuuksia, jotka estävät sulaa alumiiniseosta kulkeutumasta täyteaineen määritellyn li „ ”833 rajapinnan ohi. Tämä grafiittinauha on myös kuumuutta kestävä ja kemiallisesti inertti. Grafoil (R) -grafiitti-aine on taipuisaa, kestävää, mukautuvaa ja joustavaa. Sitä voidaan valmistaa useissa muodoissa sopimaan estoaine-5 sovellutuksiin. Grafiittiestovälinettä voidaan kuitenkin käyttää lietteenä tai tahnana tai jopa maalikalvona täyteaineen tai esimuotin rajapinnalla tai sen ympärillä. Grafoil (R) -tuotetta pidetään erityisen edullisena, koska se on taipuisan grafiittiarkin muodossa. Käytössä tämä 10 paperin tapainen grafiitti yksinkertaisesti muovaillaan täyteaineen tai esimuotin ympärille.Suitable inhibitors, which are particularly preferred with aluminum matrix alloys, are those containing 30 carbons, especially the crystalline allotropic forms of carbon known as graphite. Graphite cannot be substantially wetted under the process conditions described by a molten aluminum alloy. A particularly preferred graphite is a graphite strip product sold under the tradename Grafoil (R), 35 which is the trademark of Union Carbide. This graphite strip has sealing properties that prevent the molten aluminum alloy from passing past the defined filler interface. This graphite tape is also heat resistant and chemically inert. Grafoil (R) graphite material is flexible, durable, adaptable and flexible. It can be prepared in several forms to suit inhibitor-5 applications. However, the graphite barrier can be used as a slurry or paste or even as a paint film at or around the filler or preform interface. Grafoil (R) is considered particularly preferred because it is in the form of a flexible graphite sheet. In use, this 10 paper-like graphite is simply molded around the filler or preform.

Muita edullisia estoaineita alumiinimetallimatriisiseok-sille typessä ovat siirtymämetalliboridit (esim. ti-15 taanidiboridi (TiB2)), joita sulat alumiinimetalliseokset eivät tätä ainetta määrätyissä prosessioloissa käytettäessä pysty kostuttamaan. Tämän tyyppisellä estoaineella prosessilämpötilan ei tulisi ylittää noin 875°C, koska muutoin estoaineen vaikutus vähenee, ja itse asiassa 20 korkeammassa lämpötilassa esiintyy tunkeutumista estoai-neeseen. Siirtymämetalliboridit ovat tyypillisesti hiuk-kasmuodossa (1 - 30 mikrometriä). Estoaineet voidaan levittää lietteenä tai tahnana edullisesti esimuotiksi muotoillun läpäisevän keraamisen täyteaineen massan raja-25 pinnoille.Other preferred inhibitors for aluminum metal matrix alloys under nitrogen are transition metal borides (e.g., thi-15 danide boride (TiB2)), which molten aluminum metal alloys are unable to wet when used under certain process conditions. With this type of inhibitor, the process temperature should not exceed about 875 ° C, otherwise the effect of the inhibitor will be reduced, and in fact, at a higher temperature, penetration into the inhibitor will occur. The transition metal borides are typically in particulate form (1 to 30 micrometers). The inhibitors can be applied as a slurry or paste, preferably to the boundary surfaces of the mass of permeable ceramic filler preformed.

Alumiinimetallimatriisiseoksia varten typessä muita käyttökelpoisia estoaineita sisältävät vaikeasti haihtuvia orgaanisia yhdisteitä, jotka levitetään kalvona tai ker-30 roksena täyteaineen tai esimuotin ulkopinnalle. Poltettaessa typessä, erityisesti tämän keksinnön mukaisissa prosessioloissa, orgaaninen yhdiste hajoaa, jättäen jälkeensä hiilinokikalvon. Orgaaninen yhdiste voidaan levittää tavanomaisin keinoin, kuten maalaamalla, suihkuttamal-35 la, upottamalla, jne.For aluminum metal matrix alloys, other useful inhibitors in nitrogen include volatile organic compounds that are applied as a film or layer to the outer surface of the filler or preform. Upon combustion in nitrogen, especially under the process conditions of this invention, the organic compound decomposes, leaving a carbon black film. The organic compound can be applied by conventional means such as painting, spraying, dipping, etc.

6o 918336o 91833

Lisäksi voivat hienoksi jauhetut hiukkasmaiset aineet toimia estoaineena, jos hiukkasmaiseen aineeseen tunkeutuminen esiintyy nopeudella, joka on hitaampi kuin tunkeu-tumisnopeus täyteaineeseen.In addition, finely divided particulate materials can act as a barrier if penetration into the particulate material occurs at a rate that is slower than the rate of penetration into the filler.

55

Siten voidaan estoainetta levittää millä tahansa sopivalla tavalla, kuten peittämällä määritelty rajapinta estoväli-neen kerroksella. Sellainen estovälineen kerros voidaan muodostaa maalaamalla, upottamalla, silkkipainatuksella, 10 höyrystämällä, tai levittämällä estovälinettä muilla tavoin neste-, liete- tai tahnamuodossa, tai sputteroimalla höyrystyvää estovälinettä, tai yksinkertaisesti kerrostamalla kiinteän hiukkasmaisen estovälineen kerros, tai levittämällä estovälineen kiinteä ohut arkki tai kalvo 15 määritellylle rajapinnalle. Kun estoväline on paikallaan, spontaani tunkeutuminen päättyy oleellisesti silloin, kun tunkeutuva matriisimetalli saavuttaa määritellyn rajapinnan ja koskettaa estovälinettä.Thus, the barrier agent can be applied in any suitable manner, such as by covering the defined interface with a layer of barrier means. Such a barrier layer may be formed by painting, dipping, screen printing, vaporizing, or otherwise applying the barrier means in liquid, sludge, or paste form, or by sputtering the vaporizable barrier means, or simply by depositing a solid particulate barrier layer or a layer of solid particulate barrier means, or at the interface. When the barrier means is in place, spontaneous intrusion substantially ends when the penetrating matrix metal reaches a defined interface and contacts the barrier means.

20 Välittömästi seuraavassa olevat esimerkit sisältävät esillä olevan keksinnön erilaisia demonstraatioita. Näitä esimerkkejä on kuitenkin pidettävä havainnollistavina, eikä niitä pidä ymmärtää keksinnön suoja-alaa rajoittavina, joka määritellään oheisissa patenttivaatimuksissa.The following examples immediately contain various demonstrations of the present invention. However, these examples are to be considered as illustrative and not to be construed as limiting the scope of the invention as defined in the appended claims.

2525

Esimerkki 1Example 1

Kuvio 1 esittää poikkileikkauksena järjestelyn, jota voidaan käyttää hapetusreaktiotuotteen kasvattamisessa. 30 Tarkemmin ottaen tanko perusmetallia 1, kooltaan 38 mm x 102 mm x 229 mm, koostuen hieman muunnetusta Belmont Metals:in 380.1 -alumiiniseoksesta, asetettiin Norton Co.:n toimittamaa 90 grit (seulamitta, grit = noin 75 mikrometriä) El -alumiinioksidia olevalle pedille 2, jotka 35 molemmat olivat erittäin puhtaan alumiinioksidin tulenkestävässä veneen muotoisessa astiassa 4. Alumiinioksidiastia saatiin Bolt Technical Ceramics:Itä, ja sen puhtaus oli h 61 91833 99,7%. Perusmetallitanko 1 asetettiin El-alumiinioksidi-petiin 2 niin, että tangon 1 yksi pinta oli likimain linjassa pedin 2 kanssa. Alumiiniseos 1 käsitti noin 2,5 - 3,5 % Zn, 3,0 - 4,0 % Cu, 7,5 - 9,5 % Si, 0,8 - 1,5 % 5 Fe, 0,2 - 0,3 % Mg, 0 - 0,5 % Mn, 0 - 0,001 % Be ja 0 -0,35 % Sn. Alumiiniseostanko seostettiin ulkoisesti levittämällä likimääräisesti 5 grammaa 140 grit piidioksidi hiukkasia 3 oleellisesti vain alumiiniseostangon 1 yläpinnalle, niin että keraaminen kappale kasvaisi vain seoksen 10 1 pinnasta kohti atmosfääriä (ts. poispäin pedistä 2).Figure 1 is a cross-sectional view of an arrangement that can be used to grow an oxidation reaction product. More specifically, a rod of base metal 1, measuring 38 mm x 102 mm x 229 mm, consisting of a slightly modified Belmont Metals 380.1 aluminum alloy, was placed on a 90 grit (sieve size, grit = about 75 micrometers) E1 alumina supplied by Norton Co. bed 2, both of which were both in high purity alumina refractory boat-shaped vessel 4. The alumina vessel was obtained from Bolt Technical Ceramics and had a purity of h 61 91833 99.7%. The base metal rod 1 was placed in the E1 alumina bed 2 so that one surface of the rod 1 was approximately in line with the bed 2. Aluminum alloy 1 comprised about 2.5 to 3.5% Zn, 3.0 to 4.0% Cu, 7.5 to 9.5% Si, 0.8 to 1.5% 5 Fe, 0.2 to 0 , 3% Mg, 0 - 0.5% Mn, 0 - 0.001% Be and 0 -0.35% Sn. The aluminum alloy rod was externally alloyed by applying approximately 5 grams of 140 grit silica particles 3 substantially only to the top surface of the aluminum alloy rod 1 so that the ceramic body would grow only from the surface of the alloy 10 1 toward the atmosphere (i.e., away from the bed 2).

Pedin 2, alumiiniseoksen 1 ja seostusaineen 3 sisältävä astia 4 asetettiin sähkövastusuuniin, joka kuumennettiin noin 1100°C lämpötilaan noin 200°C/h nopeudella, ja pidettiin siinä riittävän kauan, jotta sula alumiiniseos 15 voisi reagoida ilmaympäristössä olevan hapen kanssa tuottaen hapetusreaktiotuotetta. Kuumennuksen aikan ilman annettiin kiertää uuniin hapettimen järjestämiseksi. Kasvanut hapetusreaktiotuote muodosti "limpun" alumiiniseoksen 1 päälle. Astia 4 ja sen sisällön annettiin sitten 20 jäähtyä. Lopullinen hapetusreaktiotuote (ts. limppu) poistettiin astiasta ja perusmetallin jäännökset poistettiin iskemällä sitä vasaralla.The vessel 4 containing the bed 2, the aluminum alloy 1 and the dopant 3 was placed in an electric resistance furnace heated to about 1100 ° C at a rate of about 200 ° C / h and held there long enough for the molten aluminum alloy 15 to react with oxygen in the atmosphere to produce an oxidation reaction product. During the heating, the air was allowed to circulate in the oven to provide the oxidant. The increased oxidation reaction product formed a "limping" on the aluminum alloy 1. Vessel 4 and its contents were then allowed to cool. The final oxidation reaction product (i.e., lump) was removed from the vessel and residual parent metal was removed by striking it with a hammer.

Sen jälkeen hapetusreaktiotuote sijoitettiin leukamurskai-25 seen ja murskattiin golf-pallon tai herneen kokoisiksi kappaleiksi. Hapetusreaktiotuotekappaleet asetettiin pos-liiniruukkuun alumiinioksidia olevan jauhinaineen ja veden kanssa. Kuulajauhamalla kappaleiden kokoa pienennettiin pienemmiksi hiukkasiksi. Koska hapetusreaktiotuote lisäksi 30 voi sisältää hapettamatonta jäännösmetallia perusalumiiniseoksesta, niin liuoksen pH:ta oli välttämättä säädettävä kuula jauhamisen aikana, alumiinin ja veden välisen mahdollisen reaktion vähentämiseksi. Kuulajauhamista jatkettiin noin 36 tuntia. Kuulajauhamisen jälkeen pos-35 liiniruukun sisältö kuivattiin ja siivilöitiin tavanomaisia menetelmiä käyttäen. Kuulajauhamisen jälkeen kaikki jäljellä olevat 200 mesh:iä suuremmat kappaleet asetettiin 62 91833 takaisin kuulamyllyyn ja jauhettiin uudelleen myöhemmin. Murskatun hapetusreaktion hiukkaset, jotka olivat alle 100 mesh ja yli -200 mesh, otettiin talteen.The oxidation reaction product was then placed in a jaw crusher and crushed into golf ball or pea sized pieces. The oxidation reaction pieces were placed in a porcelain pot with alumina powder and water. By ball grinding, the size of the pieces was reduced to smaller particles. In addition, since the oxidation reaction product 30 may contain non-oxidized residual metal from the base aluminum alloy, the pH of the solution had to be adjusted during ball grinding to reduce the potential reaction between aluminum and water. Ball grinding was continued for about 36 hours. After ball milling, the contents of the pos-35 liner were dried and sieved using conventional methods. After ball milling, all remaining pieces larger than 200 mesh were placed back into the 62 91833 ball mill and re-milled later. Particles of the crushed oxidation reaction that were less than 100 mesh and more than -200 mesh were recovered.

5 Kuvio 2 esittää poikkileikkauksena järjestelyn, jota voidaan käyttää matriisimetallin tunkeutumiseen hienonnettuun hapetusreaktiotuotteeseen. Tarkemmin ottaen hienonnettu hapetusreaktiotuote 12 asetettiin erittäin puhdasta alumiinioksidia olevaan astiaan 14, joka oli samantapainen 10 kuin edellä hapetus reaktiotuotetta muodostettaessa käytetty. Tunkeutuvan matriisimetallin valanne 10 asetettiin murskatun hapetusreaktiotuotteen 12 päälle, niin että mainittu matriisimetalli 10 ulottui hienonnetun täyteaineen 12 pinnan yläpuolelle. Alumiiniseos 10, jota käytet-15 tiin spontaanisti tunkeutumaan murskattuun hapetusreaktiotuotteeseen 12, oli matriisimetallin tanko tai valanne, jonka mitat olivat noin 25 mm x 50 mm x 12 mm. Matriisimetallin alumiiniseoksen koostumus sisälsi noin 5 painoprosenttia piitä ja 5 painoprosenttia magnesiumia. 20 Alumiinioksidiastia 14, joka sisälsi tämän aineiden järjestelyn, asetettiin sähkövastuksilla kuumennettuun muh-veliuuniin. Muhveliuuni suljettiin, niin että läsnä oli oleellisesti vain tunkeutuvaa kaasua. Tässä tapauksessa muokkauskaasua käytettiin tunkeutumisatmosfäärinä (ts. 96 25 tilavuusprosenttia typpeä ja 4 tilavuusprosenttia vetyä). Muokkauskaasua johdettiin muhveliuunin läpi määränä noin 0,35 1/minuutti. Muhveliuunia kuumennettiin noin 10 tunnin ajan, kunnes saavutettiin 800°C lämpötila. Uuni pidettiin tässä lämpötilassa noin 5 tunnin ajan. Sitten uunia 30 jäähdytettiin noin 5 tuntia. Järjestely poistettiin sitten uunista ja havaittiin, että matriisimetalli 10 oli oleellisesti täydellisesti täyteaineen 12 ympäröimää.Figure 2 is a cross-sectional view of an arrangement that can be used to penetrate the matrix metal into the comminuted oxidation reaction product. More specifically, the comminuted oxidation reaction product 12 was placed in a high purity alumina vessel 14 similar to that used above to form the oxidation reaction product. The ingot 10 of the penetrating matrix metal was placed on top of the crushed oxidation reaction product 12 so that said matrix metal 10 extended above the surface of the comminuted filler 12. The aluminum alloy 10 used to spontaneously penetrate the crushed oxidation reaction product 12 was a matrix metal bar or ingot having dimensions of about 25 mm x 50 mm x 12 mm. The composition of the matrix metal aluminum alloy contained about 5 weight percent silicon and 5 weight percent magnesium. An alumina vessel 14 containing this arrangement of materials was placed in a muffle furnace heated by electric heaters. The muffle furnace was sealed so that essentially only penetrating gas was present. In this case, the working gas was used as the penetration atmosphere (i.e., 96 to 25% by volume nitrogen and 4% by volume hydrogen). The treatment gas was passed through the muffle furnace at a rate of about 0.35 l / minute. The muffle furnace was heated for about 10 hours until a temperature of 800 ° C was reached. The oven was kept at this temperature for about 5 hours. Oven 30 was then cooled for about 5 hours. The arrangement was then removed from the furnace and it was found that the matrix metal 10 was substantially completely surrounded by the filler 12.

Kuvio 3 esittää tuloksena olevasta, esimerkin 1 mukaisesti 35 tuotetusta metallimatriisi-komposiittikappaleesta 400 kertaisella suurennoksella otetun mikrovalokuvan. Tummemmat alueet 20 vastaavat murskattua hapetusreaktiotuote- 91833 63 täyteainetta ja vaaleammat alueet 21 vastaavat matriisime-tallia.Figure 3 shows a photomicrograph of the resulting metal matrix composite body 35 produced in accordance with Example 1 at 400x magnification. The darker regions 20 correspond to the crushed oxidation reaction product filler 91833 63 and the lighter regions 21 correspond to the matrix metal.

Esimerkki 2 5 Tämä on vertaileva esimerkki. Tässä esimerkissä asetettiin astiaan kaupallisesti saatavaa 90 grit 38 Alundumia, joka on sulatettua alumiinioksidijauhetta Norton Co.:lta. Sen päälle asetettiin samaa matriisimetallia kuin mitä käytet-10 tiin esimerkissä 1. Aineet asetettiin samaan järjestelyyn kuin esimerkissä 1, joka esitetään kuviossa 2. Järjestely sijoitettiin muhveliuuniin ja kuumennettiin esimerkin 1 mukaisesti. Jäähtymisen jälkeen astia poistettiin ja tarkastettiin. Mitään merkittävää alumiiniseosta olevan 15 matriisimetallin tunkeutumista ei esiintynyt.Example 2 5 This is a comparative example. In this example, a commercially available 90 grit 38 Alundum, molten alumina powder from Norton Co., was placed in a vessel. The same matrix metal as used in Example 1 was placed on top of it. The materials were placed in the same arrangement as in Example 1 shown in Fig. 2. The arrangement was placed in a muffle furnace and heated according to Example 1. After cooling, the vessel was removed and inspected. There was no significant penetration of the matrix metal in the aluminum alloy.

Esimerkki 3 Tämä on vertaileva esimerkki. Jotta voitaisiin näyttää 20 toteen, että keksinnön mukainen murskattu hapetusreaktiotuote sallii alemman lämpötilan spontaanin tunkeutumisen esiintymistä varten, suoritettiin seuraava koe. Toistettiin esimerkin 2 menettely, paitsi että käytettiin korkeampaa lämpötilaa. Erityisesti esimerkin 2 mukaisen 25 aineiden järjestelyn sisältävä astia sijoitettiin muhveliuuniin ja kuumennettiin esimerkin 1 mukaisesti korkeampaan, noin 900°C lämpötilaan. Uunia jäähdytettiin ja astia poistettiin. Tarkastuksen jälkeen havaittiin, että oli saavutettu oleellisesti täydellinen matriisimetallin tun-30 keutuminen.Example 3 This is a comparative example. In order to demonstrate that the crushed oxidation reaction product of the invention allows a lower temperature for spontaneous infiltration to occur, the following experiment was performed. The procedure of Example 2 was repeated except that a higher temperature was used. In particular, a vessel containing the material arrangement of Example 2 was placed in a muffle furnace and heated to a higher temperature of about 900 ° C according to Example 1. The oven was cooled and the vessel was removed. After inspection, it was found that substantially complete matrix metal penetration had been achieved.

Edellä oleva esimerkki osoittaa sen, että murskatun hapetusreaktiotuotteen käyttäminen täyteaineena on toivottavaa. Erityisesti on havaittu, että saavutetaan parempi 35 tunkeutumisen kinetiikka, kun täyteaineena käytetään murskattua hapetusreaktiotuotetta.The above example demonstrates that the use of a crushed oxidation reaction product as a filler is desirable. In particular, it has been found that better penetration kinetics are achieved when a crushed oxidation reaction product is used as a filler.

64 91 S3364 91 S33

Vaikka edellä olevia esimerkkejä on selitetty seikkaperäisesti, saattaa tavanomaisin taidoin varustetulle käsityöläiselle tulle mieleen muita muunnelmia näistä esimerkeistä, ja kaikkien sellaisten muunelmien tulisi ymmärtää 5 sisältyvän oheisten patenttivaatimusten suoja-alaan.Although the above examples have been described in detail, other variations of these examples will come to mind to one of ordinary skill in the art, and all such variations should be understood to fall within the scope of the appended claims.

10 15 20 25 30 35 li10 15 20 25 30 35 li

Claims (11)

1. Förfarande för tillverkning av en metallmatriskompo-sit, kannetecknat av att som fyllnadsmedel anordnas en pulveriserad oxideringsreaktionsprodukt och den smälta 5 matrismetallen fär spontant infiltrera ätminstone en del av fyllnadsmedlet genom att använda ett infiltrationsfräm-jande medel och/eller en föregängare tili infiltrations-främjande medel samt infiltrationsatmosfär ätminstone i ndgot skede av infiltrationsprocessen. 101. A process for manufacturing a metal matrix composite characterized in that as a filler, a powdered oxidation reaction product is provided and the molten matrix metal spontaneously infiltrates at least a portion of the filler using an infiltration promoting agent and / or a precursor infiltrator. means and infiltration atmosphere at least at any stage of the infiltration process. 10 2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att nämnda pulveriserade oxideringsreaktionsprodukt som sädan innehäller ett infiltrationsfrämjande medel och/eller en föregängare tili infiltrationsfrämjande medel. 15Process according to Claim 1, characterized in that said powdered oxidation reaction product contains, as a seed, an infiltration-promoting agent and / or a precursor to the infiltration-promoting agent. 15 3. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att med hjälp av ett barriärmedel bestäms fyllnadsmedlets gränsyta, varvid matrismetallen spontant tränger in ända tili barriärmedlet. 20Method according to claim 1, characterized in that by means of a barrier agent, the interface surface of the filler is determined, the matrix metal spontaneously penetrating all the way to the barrier means. 20 4. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att temperaturen under den spontana infiltrationen är högre än matrismetallens smältpunkt, men lägre än matrismetallens indunstningstemperatur och fyllnadsmedlets smältpunkt. 25Method according to claim 1, characterized in that the temperature during the spontaneous infiltration is higher than the melting point of the matrix metal, but lower than the evaporation temperature of the matrix metal and the melting point of the filler. 25 5. Förfarande enligt patentkrav l eller 2, kännetecknat av att nämnda pulveriserade oxideringsreaktionsprodukt innehäller en smält grundmetall och ätminstone en reak-tionsprodukt av antingen ett ängfasoxideringsmedel, väts- 30 kefasoxideringsmedel och/eller ett fast oxideringsmedel.5. A process according to claim 1 or 2, characterized in that said powdered oxidation reaction product contains a molten base metal and at least one reaction product of either a vapor phase oxidant, liquid phase oxidizer and / or a solid oxidizer. 6. Förfarande enligt patentkrav l eller 2, kännetecknat av att nämnda oxideringsreaktionsprodukt innehäller ätminstone ett ämne valt i gruppen bestäende av aluminium- 35 oxid, aluminiumnitrid, kiselkarbid, kiselborid, aluminium-borid, titaniumnitrid, zirkoniumnitrid, titaniumborid, zirkoniumborid, titaniumkarbid, kiselkarbid, hafniumborid och tennoxid. 68 9 1 8 3 36. A process according to claim 1 or 2, characterized in that said oxidation reaction product contains at least one substance selected from the group consisting of aluminum oxide, aluminum nitride, silicon carbide, silicon boride, aluminum boride, titanium nitride, zirconium nitride, titanium boride, zirconium boride, zirconium boride, hafnium boride and tin oxide. 68 9 1 8 3 3 7. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att nämnda oxideringsreaktionsprodukt pulveriseras till ett storleksomräde mellan ca 200 mesh - 500 mesh.Process according to claim 1, characterized in that said oxidation reaction product is pulverized to a size range between about 200 mesh - 500 mesh. 8. Metallmatriskompositstycke, kännetecknat av att det innehäller en tredimensionellt sammanfogad matrismetall, som omger fyllnadsmedlet bestäende av oxideringsreaktionsprodukt .8. Metal matrix composite piece, characterized in that it contains a three-dimensional joined matrix metal, which surrounds the filler consisting of oxidation reaction product. 9. Metallmatriskompositstycke enligt patentkrav 8, kän netecknat av att ätminstone ett annat fyllnadsmedel blan-das i nämnda fyllnadsmedel av oxideringsreaktionsprodukt, varvid nämnda ätminstone ena andra fyllnadsmedel innehäl-ler ätminstone ett ämne valt i gruppen bestäende av pul-15 ver, flingor, mikrokulor, fiberkristaller, bubblor, fib-rer, partiklar, fibermattor, brutna fibrer, kulor, pelle-tar, smä rörämnen och brandbeständiga tyger.The metal matrix composite piece of claim 8, characterized in that at least one other filler is blended into said filler of oxidation reaction product, said at least one other filler containing at least one substance selected in the group consisting of powder, powder, powder, fiber crystals, bubbles, fibers, particles, fiber mats, broken fibers, beads, pellets, small tubes and fire resistant fabrics. 10. Metallmatriskompositstycke enligt patentkrav 8, kän-20 netecknat av att nämnda oxideringsreaktionsprodukt inne- häller ätminstone ett ämne valt i gruppen bestäende av aluminiumoxid, aluminiumnitrid, kiselkarbid, kiselborid, aluminiumborid, titaniumnitrid, zirkoniumnitrid, titanium-borid, zirkoniumborid, titaniumkarbid, kiselkarbid, haf-25 niumborid och tennoxid.Metal matrix composite piece according to claim 8, characterized in that said oxidation reaction product contains at least one substance selected from the group consisting of alumina, aluminum nitride, silicon carbide, silicon boride, aluminum boride, titanium nitride, zirconium nitride, titanium nitride, titanium nitride, titanium sodium boride and tin oxide. 11. Metallmatriskompositstycke enligt patentkrav 1, kännetecknat av att nämnda oxideringsreaktionsprodukt inne-häller ätminstone ett ämne valt i gruppen bestäende av 30 oxider, nitrider, karbider, borider och oxinitrider. liMetal matrix composite piece according to claim 1, characterized in that said oxidation reaction product contains at least one substance selected in the group consisting of oxides, nitrides, carbides, borides and oxinitrides. li
FI894927A 1988-11-10 1989-10-17 Method of manufacturing a metal matrix composite and metal matrix composite body provided by the method FI91833C (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/269,306 US5007476A (en) 1988-11-10 1988-11-10 Method of forming metal matrix composite bodies by utilizing a crushed polycrystalline oxidation reaction product as a filler, and products produced thereby
US26930688 1988-11-10

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI894927A0 FI894927A0 (en) 1989-10-17
FI91833B true FI91833B (en) 1994-05-13
FI91833C FI91833C (en) 1994-08-25

Family

ID=23026694

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI894927A FI91833C (en) 1988-11-10 1989-10-17 Method of manufacturing a metal matrix composite and metal matrix composite body provided by the method

Country Status (19)

Country Link
US (2) US5007476A (en)
EP (1) EP0368782B1 (en)
JP (1) JP2801303B2 (en)
KR (1) KR970008035B1 (en)
CN (1) CN1042493A (en)
AT (1) ATE96469T1 (en)
AU (1) AU624860B2 (en)
BR (1) BR8905617A (en)
CA (1) CA2000780A1 (en)
DE (1) DE68910273T2 (en)
DK (1) DK460589A (en)
FI (1) FI91833C (en)
IL (1) IL91727A0 (en)
NO (1) NO176186C (en)
NZ (1) NZ231085A (en)
PH (1) PH26122A (en)
PT (1) PT92248B (en)
TR (1) TR25230A (en)
ZA (1) ZA898544B (en)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4828785A (en) * 1986-01-27 1989-05-09 Lanxide Technology Company, Lp Inverse shape replication method of making ceramic composite articles
US5505248A (en) * 1990-05-09 1996-04-09 Lanxide Technology Company, Lp Barrier materials for making metal matrix composites
US5329984A (en) * 1990-05-09 1994-07-19 Lanxide Technology Company, Lp Method of forming a filler material for use in various metal matrix composite body formation processes
AU8084191A (en) * 1990-05-09 1991-11-27 Lanxide Technology Company, Lp Barrier materials for making metal matrix composites
US5145504A (en) * 1991-07-08 1992-09-08 The Dow Chemical Company Boron carbide-copper cermets and method for making same
US5503213A (en) * 1994-03-16 1996-04-02 The Dow Chemical Company Shaped ceramic-metal composites
US5972523A (en) * 1996-12-09 1999-10-26 The Chinese University Of Hong Kong Aluminum metal matrix composite materials reinforced by intermetallic compounds and alumina whiskers
US6296045B1 (en) 1998-08-12 2001-10-02 The Dow Chemical Company Ceramic-metal composite and method to form said composite
US6582812B1 (en) * 2000-11-08 2003-06-24 General Electric Company Article made of a ceramic foam joined to a metallic nonfoam, and its preparation
US7312274B2 (en) * 2003-11-24 2007-12-25 General Electric Company Composition and method for use with ceramic matrix composite T-sections
JP4280215B2 (en) * 2004-08-23 2009-06-17 田中貴金属工業株式会社 Manufacturing method of oxide dispersion type alloy
CN101132852B (en) * 2005-03-04 2010-09-29 巴斯福股份公司 Microscapsule powder
CN109136721A (en) * 2017-06-28 2019-01-04 宜兴市韦德同机械科技有限公司 A kind of accurate filter driving gear material
CN110042280B (en) * 2019-06-05 2020-09-08 山东大学 In-situ endogenous multiphase particle reinforced aluminum matrix composite material and preparation method thereof
CN110578066A (en) * 2019-09-19 2019-12-17 天津大学 in situ generation of AlN and AlB2preparation method of dual-phase particle reinforced aluminum matrix composite material

Family Cites Families (55)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA657701A (en) * 1963-02-12 Wainer Eugene Preparation of sapphire fibers
US2951771A (en) * 1956-11-05 1960-09-06 Owens Corning Fiberglass Corp Method for continuously fabricating an impervious metal coated fibrous glass sheet
US3031340A (en) * 1957-08-12 1962-04-24 Peter R Girardot Composite ceramic-metal bodies and methods for the preparation thereof
US2982614A (en) * 1957-08-20 1961-05-02 Kabel Es Muanyaggyar Process for producing alumina
US3514256A (en) * 1957-11-15 1970-05-26 Du Pont Fibrous corundum and its preparation
US3149409A (en) * 1959-12-01 1964-09-22 Daimler Benz Ag Method of producing an engine piston with a heat insulating layer
FR1459292A (en) * 1965-10-08 1966-04-29 Thomson Houston Comp Francaise Improvements in the manufacturing processes of whiskers felts
US3396777A (en) * 1966-06-01 1968-08-13 Dow Chemical Co Process for impregnating porous solids
US3547180A (en) * 1968-08-26 1970-12-15 Aluminum Co Of America Production of reinforced composites
US3608170A (en) * 1969-04-14 1971-09-28 Abex Corp Metal impregnated composite casting method
JPS5013205B1 (en) * 1969-11-08 1975-05-17
JPS4920099A (en) * 1972-06-15 1974-02-22
US3868267A (en) * 1972-11-09 1975-02-25 Us Army Method of making gradient ceramic-metal material
JPS49107308A (en) * 1973-02-13 1974-10-11
US4082864A (en) * 1974-06-17 1978-04-04 Fiber Materials, Inc. Reinforced metal matrix composite
DE2819076C2 (en) * 1978-04-29 1982-02-25 Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8000 München Process for the production of a metallic multi-layer composite material
JPS602149B2 (en) * 1980-07-30 1985-01-19 トヨタ自動車株式会社 Composite material manufacturing method
JPS57210140A (en) * 1981-06-18 1982-12-23 Honda Motor Co Ltd Fiber reinfoced piston for internal combustion engine
US4476916A (en) * 1981-07-27 1984-10-16 Nusbaum Henry J Method of casting metal matrix composite in ceramic shell mold
US4404262A (en) * 1981-08-03 1983-09-13 International Harvester Co. Composite metallic and refractory article and method of manufacturing the article
US4376803A (en) * 1981-08-26 1983-03-15 The Aerospace Corporation Carbon-reinforced metal-matrix composites
US4376804A (en) * 1981-08-26 1983-03-15 The Aerospace Corporation Pyrolyzed pitch coatings for carbon fiber
EP0074067B1 (en) * 1981-09-01 1986-01-29 Sumitomo Chemical Company, Limited Method for the preparation of fiber-reinforced metal composite material
US4473103A (en) * 1982-01-29 1984-09-25 International Telephone And Telegraph Corporation Continuous production of metal alloy composites
JPS58144441A (en) * 1982-02-23 1983-08-27 Nippon Denso Co Ltd Manufacture of composite body of carbon fiber reinforced metal
JPS5950149A (en) * 1982-09-14 1984-03-23 Toyota Motor Corp Fiber-reinforced metallic composite material
US4600481A (en) * 1982-12-30 1986-07-15 Eltech Systems Corporation Aluminum production cell components
JPS59215982A (en) * 1983-05-20 1984-12-05 Nippon Piston Ring Co Ltd Rotor for rotary compressor and its production method
US4713360A (en) * 1984-03-16 1987-12-15 Lanxide Technology Company, Lp Novel ceramic materials and methods for making same
GB2156718B (en) * 1984-04-05 1987-06-24 Rolls Royce A method of increasing the wettability of a surface by a molten metal
GB8411074D0 (en) * 1984-05-01 1984-06-06 Ae Plc Reinforced pistons
US4853352A (en) * 1984-07-20 1989-08-01 Lanxide Technology Company, Lp Method of making self-supporting ceramic materials and materials made thereby
JPS6169448A (en) * 1984-09-14 1986-04-10 工業技術院長 Carbon fiber reinforced metal and manufacture thereof
US4851375A (en) * 1985-02-04 1989-07-25 Lanxide Technology Company, Lp Methods of making composite ceramic articles having embedded filler
JPS61253334A (en) * 1985-03-01 1986-11-11 Toyota Motor Corp Alumina fiber-and mineral fiber-reinforced metallic composite material
US4587177A (en) * 1985-04-04 1986-05-06 Imperial Clevite Inc. Cast metal composite article
US4673435A (en) * 1985-05-21 1987-06-16 Toshiba Ceramics Co., Ltd. Alumina composite body and method for its manufacture
US4630665A (en) * 1985-08-26 1986-12-23 Aluminum Company Of America Bonding aluminum to refractory materials
JPS6253417A (en) * 1985-09-03 1987-03-09 Mitsubishi Chem Ind Ltd Aluminum nitride fiber and production thereof
US4828785A (en) * 1986-01-27 1989-05-09 Lanxide Technology Company, Lp Inverse shape replication method of making ceramic composite articles
CA1335044C (en) * 1986-01-31 1995-04-04 Masahiro Kubo Composite material including alumina-silica short fiber reinforcing material and aluminum alloy matrix metal with moderate copper and magnesium contents
US4710223A (en) * 1986-03-21 1987-12-01 Rockwell International Corporation Infiltrated sintered articles
JPS62238340A (en) * 1986-04-07 1987-10-19 Toyota Motor Corp Production of aluminum alloy by utilizing oxidation reduction reaction
US4718941A (en) * 1986-06-17 1988-01-12 The Regents Of The University Of California Infiltration processing of boron carbide-, boron-, and boride-reactive metal cermets
US4657065A (en) * 1986-07-10 1987-04-14 Amax Inc. Composite materials having a matrix of magnesium or magnesium alloy reinforced with discontinuous silicon carbide particles
US4713111A (en) * 1986-08-08 1987-12-15 Amax Inc. Production of aluminum-SiC composite using sodium tetrasborate as an addition agent
US4753690A (en) * 1986-08-13 1988-06-28 Amax Inc. Method for producing composite material having an aluminum alloy matrix with a silicon carbide reinforcement
US4662429A (en) * 1986-08-13 1987-05-05 Amax Inc. Composite material having matrix of aluminum or aluminum alloy with dispersed fibrous or particulate reinforcement
US4820498A (en) * 1986-09-16 1989-04-11 Lanxide Technology Company, Lp Method for producing substantially pure alumina material
US4833110A (en) * 1986-09-16 1989-05-23 Lanxide Technology Company, Lp Method for producing composite ceramic structures
US4828008A (en) * 1987-05-13 1989-05-09 Lanxide Technology Company, Lp Metal matrix composites
US4871008A (en) * 1988-01-11 1989-10-03 Lanxide Technology Company, Lp Method of making metal matrix composites
DE68913800T2 (en) * 1988-04-30 1994-07-14 Toyota Motor Co Ltd Process for the production of composite metal while accelerating the infiltration of the matrix metal by fine particles of a third material.
US4932099A (en) * 1988-10-17 1990-06-12 Chrysler Corporation Method of producing reinforced composite materials
CA2000770C (en) * 1988-10-17 2000-06-27 John M. Corwin Method of producing reinforced composite materials

Also Published As

Publication number Publication date
AU4165889A (en) 1990-05-17
FI894927A0 (en) 1989-10-17
KR900007510A (en) 1990-06-01
BR8905617A (en) 1990-06-05
KR970008035B1 (en) 1997-05-20
NO893982D0 (en) 1989-10-05
US5541004A (en) 1996-07-30
DK460589D0 (en) 1989-09-19
CN1042493A (en) 1990-05-30
ATE96469T1 (en) 1993-11-15
DE68910273D1 (en) 1993-12-02
PT92248A (en) 1990-05-31
DK460589A (en) 1990-05-11
ZA898544B (en) 1991-07-31
EP0368782B1 (en) 1993-10-27
DE68910273T2 (en) 1994-02-24
US5007476A (en) 1991-04-16
EP0368782A1 (en) 1990-05-16
TR25230A (en) 1992-11-27
JP2801303B2 (en) 1998-09-21
NZ231085A (en) 1991-11-26
NO176186C (en) 1995-02-15
AU624860B2 (en) 1992-06-25
PH26122A (en) 1992-02-24
CA2000780A1 (en) 1990-05-10
NO176186B (en) 1994-11-07
FI91833C (en) 1994-08-25
IL91727A0 (en) 1990-06-10
JPH02236246A (en) 1990-09-19
NO893982L (en) 1990-05-11
PT92248B (en) 1995-07-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI89014B (en) FOERFARANDE FOER FRAMSTAELLNING AV EN METALLMATRISKOMPOSIT
FI91496B (en) A method of forming macrocomposite bodies and macrocomposite bodies formed thereon
FI91831C (en) A method of making a metal matrix composite body comprising a three-dimensionally interconnected parallel matrix
FI91608C (en) A method of joining at least two pieces together
FI89015C (en) Process for making a metal matrix composite
FI91722B (en) Method of manufacturing a metal matrix composite
FI91723B (en) Method of manufacturing a metal matrix composite by directed solidification
KR0183974B1 (en) Method of forming metal matrix composite bodies by a self-generated vacuum process and products produced therefrom
FI91833B (en) Method for producing a metal matrix composite and a metal matrix composite body obtained by the method
FI91494C (en) A method of making a metal matrix composite and a composite made according to the method
FI91492B (en) Method of forming a metal matrix composite
FI91490B (en) Method for forming a metal matrix composite
FI91609C (en) Method of manufacturing a metal matrix composite
FI91495B (en) Process for manufacturing a metal matrix composite of molten matrix metal and a substantially non-reactive filler
FI91491B (en) A method of making a metal matrix composite body using an injection molding method
FI91493B (en) Method of forming a metal matrix composite
FI91832B (en) A method of making a metal matrix composite
FI88022C (en) FOERBAETTRAD METOD FOER FRAMSTAELLNING AV SAMMANSATTA KERAMISKA STRUKTURER GENOM ANVAENDNING AV METALLSLAGG

Legal Events

Date Code Title Description
BB Publication of examined application
MM Patent lapsed
MM Patent lapsed

Owner name: LANXIDE TECHNOLOGY COMPANY, LP